CN111487323B - 嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置，包括：并行插入法测量模块、姿态控制模块、信号处理模块、第一控制模块、第二控制模块；第一控制模块连接姿态控制模块，获取待测矿石的厚度；第二控制模块分别连接并行插入法测量模块、信号处理模块、第一控制模块；第二控制模块控制同步并行多次发射信号，提取声场标定幅度、标定关系；控制接收信号，通过信号处理模块获得差频信号和原频信号的穿透时延；第一控制模块接收包括声场标定幅度、标定关系、穿透时延在内的声学特性参数，计算待测矿石的声速和声衰减系数。本发明有效提高声学特性测量的效率、准确性和便捷性。

Description

嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置
技术领域
本发明涉及海底矿产的声学特性测量，具体涉及嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置。
背景技术
海底矿产以其巨大的储量及经济、战略价值目前广受各国重视。典型的矿产资源，富钴结壳是一种生长在水深400～4000m的海山、海脊和海台的斜坡和顶部的壳状物，它富含锰、钴、镍、铂、稀土等金属元素的壳状矿床，是一种重要的金属战略矿产资源，是继可燃冰之后的另一个“可采千年的宝库”。其性能允许提高芯片性能，使其在半导体制造业中占据主要地位。此外，因其具有很大的密度，它在人工智能领域中也发挥决定性作用。据估计富钴结壳中的钴资源可能与陆地资源相当。随着陆地资源的枯竭，对矿物和金属的需求不断增加，导致对海洋矿物资源的兴趣激增。目前，首先需要对富钴结壳进行测绘及量化估计。目前对这些资源探测的手段，采用了光学、浅钻、声学等多种方式进行探测。声学考虑到海底矿产资源生长在不同基岩上，不同区域间的起伏状态可以显著变化，分布区域广、厚度变化大，所以其物理特性，或者说声学特性的变化是较大的。声学特性的定量测量，对于促进古海洋和古气候的研究，或者对于资源的精细化勘探，都是非常重要的。
海底矿产样品的声学特性探测存在着一些挑战。若是采用传统的串行插入法，即必须得手动地放入样品、再测量、再取出、再测量，这样缺乏效率。另外，海底矿产样品的外观尺寸是不规则的，直接进行测量会缺乏系统性，产生测量偏差。除此以外，海底矿产样品声学特性变化较大、厚度差异也大，如果声学设备具有固定的发射器功率，如果发射功率小则回波信号可能太弱或者完全被吸收，如果发射功率大则会引起接收饱和则无法利用插入法测量衰减，进而导致测量失败等。声学特性的测量还需保证一定的精度，所以直接利用产生的高频声学信号难以实现穿透性等。此外，还需要使用友好边界的显控界面来交互，并且存储相关配置参数、原始文件及结果。
目前在研究层面或者商业市场，暂无公开的海底矿产样品声学特性的装置。
发明内容
本申请提供一种嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置，用于解决现有海底矿产声学特性测量中利用串行插入法效率低，固定功放控制下声学特性测量失败，单次测量下声学特性精度低的问题。
本申请提供的嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置，所述装置包括：并行插入法测量模块、姿态控制模块、信号处理模块、第一控制模块、第二控制模块；
所述第一控制模块连接所述姿态控制模块，通过所述姿态控制模块固定待测矿石并控制测量姿态，利用预设的测量姿态，控制调整测量姿态，以便从多个维度方向，获取待测矿石的厚度；
所述第二控制模块分别连接所述并行插入法测量模块、所述信号处理模块、所述第一控制模块，所述并行插入法测量模块包括至少两组收发换能器，每组收发换能器包括多个发射换能器和单个接收换能器；所述信号处理模块连接所述接收换能器；
所述第二控制模块控制所述发射换能器同步并行多次发射信号，且控制每组发射换能器与接收换能器同步对准，进行声场幅度标定，提取各所述发射换能器所发信号的声场标定幅度以及各组所述发射换能器之间的标定关系，后传输给所述第一控制模块；
所述第二控制模块控制根据接收的换能器接收信号，通过所述信号处理模块获得差频信号和原频信号的穿透时延，后将穿透时延传输给所述第一控制模块；其中，所述差频信号为插入待测矿石内的信号，所述原频信号为插入待测矿石外的信号；
所述第一控制模块接收包括声场标定幅度、标定关系、穿透时延在内的声学特性参数，计算待测矿石的声速和声衰减系数。
在一种实施例中，所述姿态控制模块包括测量单元、托架单元、电机单元以及水槽单元，所述测量单元、托架单元以及电机单元设于所述水槽单元中，所述托架单元固定待测矿石，所述托架单元固定连接所述电机单元；
所述电机单元和所述测量单元连接所述第一控制模块；
所述第一控制模块根据预设的测量姿态，控制所述电机单元调整待测矿石的测量维度方向，通过所述测量单元获取各个预设姿态上的厚度信息。
在一种实施例中，所述并行插入法测量模块包括两组收发换能器，分别为第一组发射换能器和第一接收换能器、第二组发射换能器和第二接收换能器；
所述第二控制模块控制所述第一组发射换能器与第一接收换能器同步对准、所述第二组发射换能器与第二接收换能器对准时，进行声场幅度标定，获取所述第一组发射换能器所发信号的声场标定幅度、所述第二组发射换能器所发信号的声场标定幅度以及所述第一组发射换能器和所述第二组发射换能器之间的标定关系。
在一种实施例中，所述第二控制模块获取所述第一组发射换能器与第二组发射换能器的标定关系为：Ab＝α(x,y,z)Aa，
其中，Aa为所述第一组发射换能器所发信号的标定幅度，Ab为所述第二组发射换能器所发信号的标定幅度，(x,y,z)为声场中某点的空间坐标，α(x,y,z)为声场中所述第一组发射换能器和所述第二组发射换能器在无待测矿石时某点空间坐标的转换系数。
在一种实施例中，所述第二控制模块利用所述信号处理模块获取差频信号和原频信号的穿透时延，进一步包括：
S21：所述第二控制模块控制各组发射换能器并行多次发射信号；
S22：通过所述信号处理模块利用所述第一接收换能器接收所述差频信号，所述第二接收换能器接收所述原频信号；
S23：通过所述信号处理模块将接收的所述差频信号和所述原频信号分别进行相干累加，并计算所述差频信号和所述原频信号的信噪比，后筛选出符合要求的所述差频信号和所述原频信号；
S24：通过所述信号处理模块对筛选出所述差频信号和所述差频信号分别进行包络提取，获取所述差频信号和所述差频信号的包络峰值，并作为各信号的穿透时延。
在一种实施例中，所述第一控制模块计算待测矿石的声速，进一步包括：
S141：获取待测矿石在某一测量姿态上的厚度d；
S142：在该测量姿态上，获取多次所述差频信号和所述原频信号的穿透时延，并计算出所述差频信号的平均穿透时延
Figure GDA0002536603570000041
所述原频信号的平均穿透时延/>
Figure GDA0002536603570000042
计算所述原频信号和所述差频信号的穿透时延差/>
Figure GDA0002536603570000043
S143：接收水中声速c0；
S144：利用插入取代法，根据声速计算公式：
Figure GDA0002536603570000044
计算获取待测矿石的声速c。
在一种实施例中，所述第一控制模块计算待测矿石的声衰减系数，进一步包括：
S145：获取待测矿石的声速c和某一测量姿态的厚度d；
S146：接收所述差频信号的标定幅度Aa、所述原频信号的标定幅度Ab，计算获取第一信号的平均幅度
Figure GDA0002536603570000046
第二信号的平均幅度/>
Figure GDA0002536603570000047
S147：利用声阻抗计算公式：Zf＝ρc，获取水和待测矿石的声阻抗，其中，ρ为待测矿石的密度，c为待测矿石的声速，Zf为待测矿石的声阻抗；接收水的声阻抗Zw；
S148：利用声衰减系数的计算公式：
Figure GDA0002536603570000045
计算获取待测矿石的声衰减系数，其中，α为声衰减系数。
在一种实施例中，所述第二控制模块还包括声场标定子模块、功放子模块、同步子模块、采集子模块；
所述声场标定子模块用于控制收发换能器进行声场幅度标定；
所述功放子模块用于基于信号处理模块中计算相干累加后的信号比计算，从原频信号的发射换能器阵的预设阵型、功放增益进行选择，可编程地调整包括信号体制在内的参数；
所述同步子模块用于定时产生发射与接收同步脉冲
所述采集子模块用于对非线性声学信号中的原频模块和差频模块进行定时采集。
在一种实施例中，所述第一控制模块还包括远程监控子模块、存储子模块，
所述远程监控子模块输出所述采集子模块、所述同步子模块、所述功放子模块运行参数，实时接收并显示声学特性测量参数和测量结果；
所述存储子模块基于所述同步子模块和所述功放子模块的控制参数，将获取的差频信号、原频信号、待测矿石的参数及测量结果分别形成一份独立文件进行存储。
依据上述实施例的嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置，本申请与现有技术相比，其有益效果在于：有效提高声学特性测量的效率、准确性和便捷性。
附图说明
图1为本发明实施例的嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置原理框图；
图2为本发明实施例的嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置应用流程图；
图3为本发明实施例的姿态控制模块的原理框图；
图4为本发明实施例的并行插入法测量模块的原理框图；
图5为本发明实施例的嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置的结构框图；
图6为本发明实施例的嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置的系统示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
参考附图1所示，本实施例提供了一种嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置，该装置包括并行插入法测量模块300、姿态控制模块500、信号处理模块400、第一控制模块100、第二控制模块200。
参考图2所示，应用本实施例提供的嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置进行海底矿产声学特性的测量可包括以下步骤：
S1：第一控制模块100连接姿态控制模块500，通过姿态控制模块500固定待测矿石并控制测量姿态，利用预设的测量姿态，控制调整测量姿态，以便从多个维度方向，获取待测矿石的厚度；
S2：第二控制模块200分别连接并行插入法测量模块300、信号处理模块400、第一控制模块100，并行插入法测量模块100包括至少两组收发换能器，每组收发换能器包括多个发射换能器和单个接收换能器；信号处理模块400连接接收换能器；
S3：第二控制模块200控制发射换能器同步并行多次发射信号，且控制每组发射换能器与接收换能器同步对准，进行声场幅度标定，提取各发射换能器所发信号的声场标定幅度以及各组发射换能器之间的标定关系，后传输给第一控制模块100；
S4：第二控制模块200控制接收换能器接收信号，通过信号处理模块400获得差频信号和原频信号的穿透时延，后将穿透时延传输给第一控制模块100；其中，差频信号为插入待测矿石内的信号，原频信号为插入待测矿石外的信号；
S5：第一控制模块100根据接收的包括声场标定幅度、标定关系、穿透时延在内的声学特性参数，计算待测矿石的声速和声衰减系数。
在一种实施例中，第一控制模块100与信号处理模块400通过有线或无线以太网连接。为保证便携性及参量声学产生的非线性信号，姿态控制模块500的长度可以设置为30-100cm。
本实施例中，第一控制模块100连接姿态控制模块500，通过姿态控制模块500固定待测矿石并控制测量姿态，利用预设的测量姿态，控制调整测量姿态，以便从多个维度方向，获取待测矿石的厚度。
进一步地，姿态控制模块500利用第一控制模块100预设多个测量姿态，例如，姿态控制模块500从三个正交方向或在每个正交方向上增加若干个位置进行厚度测量。假设待测矿石为一种富钴结壳样品，预测的测量姿态可以从三个正交方向或在每个正交方向上再增加若干个位置，比如，在y和z方向上共取60个位置、在x方向上取10个位置，共计600个位置进行测量。
参考图3-6所示，姿态控制模块500包括测量单元520、托架单元530、电机单元510以及水槽单元540，测量单元520、托架单元530以及电机单元510设于水槽单元540中，托架单元530固定待测矿石，托架单元530固定连接电机单元510。
电机单元510和测量单元520连接第一控制模块，本例中，通过第一控制模块100预先设置测量姿态，包括设置多个测量待测矿石测量角度的维度方向。
第一控制模块100根据预设的测量姿态，控制电机单元510调整待测矿石的测量维度方向，通过测量单元520测量获取各个预设姿态上的厚度信息。
本实施例中，测量单元520可以采用两块垂直于水平面的可升降、小型夹板，通过获取夹板之间的相对距离，以获取待测矿石的厚度信息。
本实施例中，第二控制模块200分别连接并行插入法测量模块300、信号处理模块400以及第一控制模块100。本例中，并行插入法测量模块300包括至少两组收发换能器，每组收发换能器包括多个发射换能器和单个接收换能器，为便于测量海底矿产的声学特性，每组发射换能器形成发射换能器阵，使得每组发射换能器发出的信号统一插入待测矿石内或者待测矿石外。其中，信号处理模块300连接接收换能器。
参考图4所示，并行插入法测量模块300包括两组收发换能器，分别为第一组发射换能器和第一接收换能器、第二组发射换能器和第二接收换能器。
本实施例中，第二控制模块200控制发射换能器同步并行多次发射信号，且控制每组发射换能器与接收换能器同步对准，进行声场幅度标定，提取各发射换能器所发信号的声场标定幅度以及各组发射换能器之间的标定关系，后传输给第一控制模块100。
进一步地，第二控制模块200控制第一组发射换能器与第一接收换能器同步对准、第二组发射换能器与第二接收换能器对准时，进行声场幅度标定，获取第一组发射换能器所发信号的声场标定幅度、第二组发射换能器所发信号的声场标定幅度以及第一组发射换能器和第二组发射换能器之间的标定关系。
第二控制模块200获取第一组发射换能器与第二组发射换能器的标定关系为：Ab＝α(x,y,z)Aa，其中，Aa为第一组发射换能器所发信号的标定幅度，Ab为第二组发射换能器所发信号的标定幅度，(x,y,z)为声场中某点的空间坐标，α(x,y,z)为声场中第一组发射换能器和第二组发射换能器在无待测矿石时某点空间坐标的转换系数。
第二控制模块200控制接收换能器接收发射换能器发射的信号，通过信号处理模块400获得差频信号和原频信号的穿透时延，后将穿透时延传输给第一控制模块100。其中，差频信号为插入待测矿石内的信号，原频信号为插入待测矿石外的信号。
第二控制模块200控制信号处理模块400提取差频信号，后进行差频信号的相干累加，计算差频信号的信噪比，筛选出符合要求的差频信号，对筛选出的差频信号进行包络提取，提取差频信号的包络峰值，作为差频信号的穿透时延。
第二控制模块200控制各组发射换能器并行多次发射信号后，控制接收换能器接收信号，其中，控制信号处理模块400通过第一接收换能器提取差频信号，控制信号处理模块400通过第二接收换能器提取原频信号。
信号处理模块400将接收的差频信号和原频信号分别进行相干累加后，分别计算差频信号和原频信号的信噪比，筛选出符合要求的差频信号和原频信号。
基于信号场合噪声场的相关特性，信号处理模块400利用各组的单个接收换能器接收信号后，对接收的信号进行分段处理，使各段信号间存在时延，时延量需要满足大于噪声的相关半径、小于信号的相关半径。将每个信号段内部再分为若干子数据段，允许每段的数据有部分叠加，对信号进行时延补偿，对各段的信号累加，得到相干累加的输出信号，例如，以每秒50帧信号为例，可以将50帧信号相干累加，再计算信噪比。相干累加后的信噪比的计算方式为：信噪比＝信号能量/噪声能量。
通过信号处理模块400对筛选出差频信号和差频信号分别进行包络提取，获取差频信号和差频信号的包络峰值，并作为各信号的穿透时延。
进一步地，包络提取采用的方式可以包括希尔伯特变换、小波技术或经验模态分解方法。根据信噪比进行选择包络提取方式，当信噪比较高时，例如，信噪比大于10dB，可以采用希尔伯特变换提取包络；信噪比较低时，则可以采用复小波变换提取包络，小波形式一般可以选择香农小波，总层数分解为64层，具体包络信号采用第7层或第9层的结果进行比较选择。
本例中，采用经验模态分解进行包络提取的方式可以包括：将一个频率不规则的波化为多个单一频率的波+残波的形式。原波形＝∑IMFs+余波，通过数据的特征时间尺度来获得本征波动模式，然后分解数据。这种分解过程可以形象地称之为“筛选(sifting)”过程。找出原数据序列X(t)所有的极大值点并用三次样条插值函数拟合形成原数据的上包络线；同样，找出所有的极小值点，并将所有的极小值点通过三次样条插值函数拟合形成数据的下包络线，上包络线和下包络线的均值记作ml(其实，有学者将平均值改用中位值，可能更合理，因为是非平稳时间序列)，将原数据序列X(t)减去该平均包络ml，得到一个新的数据序列hl：X(t)-ml＝hl，由原数据减去包络平均后的新数据，若还存在负的局部极大值和正的局部极小值，说明这还不是一个本征模函数，需要继续进行“筛选”。
本实施例中，第一控制模块100根据接收的包括声场标定幅度、标定关系、穿透时延在内的声学特性参数，计算待测矿石的声速和声衰减系数。本实施例中可采用如下方法进行计算。
第一控制模块计算待测矿石的声速的方法包括：
S141：获取待测矿石在某一测量姿态上的厚度d；
S142：在该测量姿态上，获取多次差频信号和原频信号的穿透时延，并计算出差频信号的平均穿透时延
Figure GDA0002536603570000101
原频信号的平均穿透时延/>
Figure GDA0002536603570000102
计算原频信号和差频信号的穿透时延差/>
Figure GDA0002536603570000103
S143：接收水中声速c0；
S144：利用插入取代法，根据声速计算公式：
Figure GDA0002536603570000104
计算获取待测矿石的声速c。
第一控制模块计算待测矿石的声衰减系数的方法包括：
S145：获取待测矿石的声速c和某一测量姿态的厚度d；
S146：接收差频信号的标定幅度Aa、原频信号的标定幅度Ab，计算获取第一信号的平均幅度
Figure GDA0002536603570000105
第二信号的平均幅度/>
Figure GDA0002536603570000106
其中，基于可编程系统同步器设置的时刻重复多次，比如重复N次，那么，
Figure GDA0002536603570000107
其中，A1a…ANa表示第一信号1-N次的标定幅度，同理，A1b…ANb表示第二信号1～N次的标定幅度。
S147：利用声阻抗计算公式：Zf＝ρc，获取水和待测矿石的声阻抗，其中，ρ为待测矿石的密度，c为待测矿石的声速，Zf为待测矿石的声阻抗；接收水的声阻抗Zw；
当然，接收水的声阻抗Zw也可以类推声阻抗计算公式。进一步地，获取待测矿石密度的步骤包括：接收待测矿石的质量m、待测矿石的体积v，根据密度计算公式，得出待测矿石的密度为
Figure GDA0002536603570000108
ρ为待测矿石的密度。接收水的密度ρw，水的声速cw，根据声阻抗公式，计算获取水的声阻抗Zw＝ρwcw。
S148：利用声衰减系数的计算公式：
Figure GDA0002536603570000111
计算获取待测矿石的声衰减系数，其中，α为待测矿石的声衰减系数。
另外，本实施例中的第二控制模块200包括声场标定子模块210、功放子模块220、同步子模块240以及采集子模块230。
声场标定子模块210用于控制收发换能器进行声场幅度标定。
功放子模块220用于基于信号处理模块中计算相干累加后的信号比计算，从原频信号的发射换能器阵的预设阵型、功放增益进行选择，可编程地调整包括信号体制在内的参数。例如，功放增益可以10dB步长为一档，预设10档，来适应不同材质、不同厚度的海底矿产样品。
同步子模块240用于定时产生发射与接收同步脉冲；例如，设置每秒50帧信号，那么，同步模块每20ms发送一次同步信号用于同步。
采集子模块230用于对非线性声学信号中的原频模块和差频模块进行定时采集。
本实施例中的第一控制模块100包括远程监控子模块110、存储子模块120。
远程监控子模块110输出采集子模块230、同步子模块240、功放子模块220运行参数，实时接收并显示声学特性测量参数和测量结果；例如，显示声学特性测量参数及结果，包括海底矿产样品名称、发射信号体制、重复周期及测量时间、功放参数、声速、衰减系数等。
存储子模块120基于同步子模块240和功放子模块220的控制参数，将获取的差频信号、原频信号、待测矿石的参数及测量结果分别形成一份独立文件进行存储。进一步地，将原频及差频信号形成两份独立文件，分别进行存储，将参数及其测量结果形成一份独立文件进行存储。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置，其特征在于，所述装置包括：并行插入法测量模块、姿态控制模块、信号处理模块、第一控制模块、第二控制模块；
所述第一控制模块连接所述姿态控制模块，通过所述姿态控制模块固定待测矿石并控制测量姿态，利用预设的测量姿态，控制调整测量姿态，以便从多个维度方向，获取待测矿石的厚度；
所述第二控制模块分别连接所述并行插入法测量模块、所述信号处理模块、所述第一控制模块，所述并行插入法测量模块包括至少两组收发换能器，每组收发换能器包括多个发射换能器和单个接收换能器；所述信号处理模块连接所述接收换能器；
所述第二控制模块控制所述发射换能器同步并行多次发射信号，且控制每组发射换能器与接收换能器同步对准，进行声场幅度标定，提取各所述发射换能器所发信号的声场标定幅度以及各组所述发射换能器之间的标定关系，后传输给所述第一控制模块；
所述第二控制模块控制所述接收换能器接收信号，通过所述信号处理模块获得差频信号和原频信号的穿透时延，后将穿透时延传输给所述第一控制模块；其中，所述差频信号为插入待测矿石内的信号，所述原频信号为插入待测矿石外的信号；
其中，每组所述发射换能器形成发射换能器阵，发射换能器用于发出插入待测矿石内或者待测矿石外的信号，接收换能器用于接收发射换能器发出的信号；
所述第一控制模块根据接收的包括声场标定幅度、标定关系、穿透时延在内的声学特性参数，计算声音经待测矿石的声速和声衰减系数；
其中，所述第一控制模块计算待测矿石的声速，进一步包括：
S141：获取待测矿石在某一测量姿态上的厚度d；
S142：在该测量姿态上，获取多次所述差频信号和所述原频信号的穿透时延，并计算出所述差频信号的平均穿透时延
Figure FDA0003972178750000021
所述原频信号的平均穿透时延/>
Figure FDA0003972178750000022
计算所述原频信号和所述差频信号的穿透时延差/>
Figure FDA0003972178750000023
S143：接收水中声速c0；
S144：利用插入取代法，根据声速计算公式：
Figure FDA0003972178750000024
计算获取待测矿石的声速。
2.如权利要求1所述的嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置，其特征在于，所述姿态控制模块包括测量单元、托架单元、电机单元以及水槽单元，所述测量单元、托架单元以及电机单元设于所述水槽单元中，所述托架单元固定待测矿石，所述托架单元固定连接所述电机单元；
所述电机单元和所述测量单元连接所述第一控制模块；
所述第一控制模块根据预设的测量姿态，控制所述电机单元调整待测矿石的测量维度方向，通过所述测量单元获取各个预设姿态上的厚度信息。
3.如权利要求1所述的嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置，其特征在于，所述并行插入法测量模块包括两组收发换能器，分别为第一组发射换能器和第一接收换能器、第二组发射换能器和第二接收换能器；
所述第二控制模块控制所述第一组发射换能器与第一接收换能器同步对准、所述第二组发射换能器与第二接收换能器对准时，进行声场幅度标定，获取所述第一组发射换能器所发信号的声场标定幅度、所述第二组发射换能器所发信号的声场标定幅度以及所述第一组发射换能器和所述第二组发射换能器之间的标定关系。
4.如权利要求3所述的嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置，其特征在于，所述第二控制模块获取所述第一组发射换能器与第二组发射换能器的标定关系为：Ab＝α(x,y,z)Aa，
其中，Aa为所述第一组发射换能器所发信号的标定幅度，Ab为所述第二组发射换能器所发信号的标定幅度，(x,y,z)为声场中某点的空间坐标，α(x,y,z)为声场中所述第一组发射换能器和所述第二组发射换能器在无待测矿石时某点空间坐标的转换系数。
5.如权利要求3所述的嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置，其特征在于，
所述第二控制模块控制所述信号处理模块提取差频信号，后进行所述差频信号的相干累加，计算所述差频信号的信噪比，筛选出符合要求的所述差频信号，对筛选出的所述差频信号进行包络提取，提取所述差频信号的包络峰值，作为所述差频信号的穿透时延；
所述第二控制模块控制所述信号处理模块提取原频信号，后进行所述原频信号的相干累加，计算所述原频信号的信噪比，筛选出符合要求的所述原频信号，对筛选出的所述原频信号进行包络提取，提取所述原频信号的包络峰值，作为所述原频信号的穿透时延。
6.如权利要求1所述的嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置，其特征在于，所述第一控制模块计算待测矿石的声衰减系数，进一步包括：
S145：获取待测矿石的声速c和某一测量姿态的厚度d；
S146：接收所述差频信号的标定幅度Aa、所述原频信号的标定幅度Ab，计算获取所述差频信号的平均幅度
Figure FDA0003972178750000031
所述原频信号的平均幅度/>
Figure FDA0003972178750000032
S147：利用声阻抗计算公式：Zf＝ρc，获取水和待测矿石的声阻抗，其中，ρ为待测矿石的密度，c为待测矿石的声速，Zf为待测矿石的声阻抗；接收水的声阻抗Zw；
S148：利用声衰减系数的计算公式：
Figure FDA0003972178750000033
计算获取待测矿石的声衰减系数，其中，α为待测矿石的声衰减系数。
7.如权利要求1所述的嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置，其特征在于，所述第二控制模块包括声场标定子模块、功放子模块、同步子模块、采集子模块；
所述声场标定子模块用于控制收发换能器进行声场幅度标定；
所述功放子模块用于基于信号处理模块中计算相干累加后的信号比计算，从原频信号的发射换能器阵的预设阵型、功放增益进行选择，可编程地调整包括信号体制在内的参数；
所述同步子模块用于定时产生发射与接收同步脉冲；
所述采集子模块用于对非线性声学信号中的原频模块和差频模块进行定时采集。
8.如权利要求7所述的嵌入式便携型参量波实时海底矿产声学特性测量装置，其特征在于，所述第一控制模块还包括远程监控子模块、存储子模块，
所述远程监控子模块输出所述采集子模块、所述同步子模块、所述功放子模块运行参数，实时接收并显示声学特性测量参数和测量结果；
所述存储子模块基于所述同步子模块和所述功放子模块的控制参数，将获取的差频信号、原频信号、待测矿石的参数及测量结果分别形成一份独立文件进行存储。
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