水声换能器谐振频率跟踪技术研究

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随着人们加快对海洋资源地开发与利用,声纳设备因具有传输距离远、衰减慢等特点被广泛应用于海洋通信、探测等领域。在水声技术里,水声换能器匹配网络研究与谐振频率自动跟踪技术是水声系统研究的两大难点问题。换能器工作在串联谐振频率附近时,其有功功率最大,声波转换效率最高,而温度、环境、元件的老化等因素会导致其参数发生漂移,谐振频率发生变化,寻找一个稳定、高效、快捷的频率自动跟踪方法具有重要的研究意义。  本文研究低频水声换能器的谐振频率跟踪技术,提出了一种通过全波傅立叶滤波算法进行相位差检测,利用弦截法对谐振频率进行跟踪的算法,并进行了仿真计算。论文研究内容如下:  (1)论述了水声换能器、功率放大器及匹配电路的结构与数学模型,并分析了匹配网络和换能器参数对谐振频率的影响及其变化特性。  (2)在分析已有的基于D类放大器的频率跟踪方法,如锁相环、最大电流反馈、模糊控制、PID控制的基础上,对本文使用的E类放大器和相应的匹配网络提出了基于弦截法的频率跟踪算法,并针对四种匹配网络和不同换能器参数进行了仿真计算,验证了算法具有迭代次数少、精度高、收敛速度快等优点。针对出现多个谐振点问题,提出基于相位差和最大有功功率为跟踪参量的改进算法,验证改进算法的可行性。  (3)针对弦截法在实际应用时相位差检测由于存在谐波、噪声干扰等问题,提出了利用全波傅立叶滤波算法进行相位差计算的方法,设计了一种实用的频率跟踪技术,并进行了仿真计算、程序设计,验证了频率跟踪方法的抗干扰性能。  实际应用结果表明,本文提出的谐振频率跟踪算法具有较高的理论和实用价值,具有良好的应用前景。
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