CN113030826B - 一种基于失真率的海洋电场传感器性能检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋电场传感器性能检测方法及系统，该方法包括：获取待测海洋电场传感器的响应曲线；所述响应曲线为在外加电场信号时测得的所述待测海洋电场传感器的时间‑电势曲线；根据所述响应曲线计算失真率；根据所述失真率确定所述待测海洋电场传感器的响应准确度。本发明通过对失真率的量化比较以确定海洋电场传感器的响应准确度，从而提高对海洋电场传感器性能的检测的准确度。

Description

一种基于失真率的海洋电场传感器性能检测方法及系统

技术领域

本发明涉及海洋电场传感器技术领域，特别是涉及一种基于失真率的海洋电场传感器性能检测方法及系统。

背景技术

近年来，天然源电磁法和人工可控源法等以水下电场为信号源的海洋探测新技术得到迅速发展。但由于海水对高频电磁波有较强的吸收作用，海洋以低频微弱电场信号为主，例如船舰静电场信号和轴频信号。因此，电场传感器在海洋电磁探测中扮演重要角色。

电场传感器是将周围电场信号转化为电场传感器的电压信号，通过电压信号变化反演周围电场变化。工作时，两个相同的电场电极配对使用，当电极接触溶液时，电极表面的极性基团和活性位点吸附溶液中带相反极性的离子，形成电极/溶液双电层结构。稳态情况下，两电极之间存在电势差ΔV₁，当两电极之间存在电场时，溶液中离子在电场力驱动下迁移，离子富集在电极表面就会改变双电层结构，进而电极电位发生变化，配对电极产生一个新的电位差ΔV₂，而外界的电场变化就可以通过计算ΔV₂与ΔV₁的差值反演推算得出。

海洋电场传感器可分为两大类，即可逆电极和极化电极。可逆电极包括以Cu/CuSO₄、Pb/PbCl₂、Ag/AgCl等为主要材料的电极，它们有统一的特点，即交换电流密度大，不容易极化。它们的电极电势与溶液中的相关离子浓度有关，符合Nernst电化学方程，其中Ag/AgCl电极具有高稳定性、高响应精度等特点而被广泛使用。极化电极以碳纤维电极为代表，还包括碳气凝胶、铂黑、金电极等，该种电极通过表面与溶液双电层结构的变化反应外界电场变化。

电场传感器对外界电场响应曲线是判断其性能优劣最直接也是最重要的手段，响应曲线相对发射信号漂移越严重，则电场传感器对信号源的响应越不准确。

目前分析电场传感器响应曲线的漂移现象没有统一的方法，其中常见的方法有两种，一种是直接观察法，此种方法是将电极的响应曲线和信号源曲线绘制在一张图中直接比较，此种方法由很多不足之处，1、信号源为电流值，响应曲线为电压值，二者只能进行曲线形状上的对比，不能进行数值上的对比，2、仅直接观察，没有具体数值量化，很难区分两个差别不大的响应曲线，3、直接观察只能在单一信号强度下观察比较，不能将两个不同信号强度下的响应曲线进行对比。第二种方法是线性度法，它表示测试系统的输出与输入系统能否像理想系统那样保持正常值比例关系，即传感器测得信号的准确度。线性误差越小，传感器测量数值越准确。一般采用端基拟合直线的方法计算电场电极对在不同振幅电场信号下的响应线性误差，以最大线性误差作为其线性度。该种方法同样存在几点不足之处，1、不够直观，此种方法虽然能比较电极响应准确度的优劣，但脱离电极的响应曲线，不能给人以直观呈现。2、不够具体，不能具体量化电极响应曲线的漂移程度。3、无法对单一信号强度下的响应曲线给出描述，此种方法只是对电极性能整体的概念，当评价某单一信号强度下电极的响应情况时，此种方法不再适用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于失真率的海洋电场传感器性能检测方法及系统，该方法通过对失真率的量化比较以确定海洋电场传感器的响应准确度，从而提高对海洋电场传感器性能的检测的准确度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于失真率的海洋电场传感器性能检测方法，包括：

获取待测海洋电场传感器的响应曲线；所述响应曲线为在外加电场信号时测得的所述待测海洋电场传感器的时间-电势曲线；

根据所述响应曲线计算失真率；

根据所述失真率确定所述待测海洋电场传感器的响应准确度。

可选的，所述根据所述响应曲线计算失真率，具体包括：

根据所述响应曲线确定波峰差值和表观峰峰值；所述波峰差值为所述响应曲线的相邻波峰之间的差值，所述表观峰峰值为所述响应曲线的相邻波峰和波谷之间的差值；

根据所述波峰差值和所述表观峰峰值计算所述失真率。

可选的，所述失真率的计算公式为：

其中α为失真率，V_piao为波峰差值，V'_pp为表观峰峰值。

可选的，所述根据所述失真率确定所述待测海洋电场传感器的响应准确度，具体为：

根据相关关系，由所述失真率确定所述待测海洋电场传感器的响应准确度；所述相关关系为所述待测海洋电场传感器的响应准确度和所述失真率呈负相关。

一种基于失真率的海洋电场传感器性能检测系统，包括：

响应曲线获取模块，用于获取待测海洋电场传感器的响应曲线；所述响应曲线为在外加电场信号时测得的所述待测海洋电场传感器的时间-电势曲线；

失真率计算模块，用于根据所述响应曲线计算失真率；

响应准确度确定模块，用于根据所述失真率确定所述待测海洋电场传感器的响应准确度。

可选的，所述失真率计算模块，具体包括：

波峰差值和表观峰峰值确定单元，用于根据所述响应曲线确定波峰差值和表观峰峰值；所述波峰差值为所述响应曲线的相邻波峰之间的差值，所述表观峰峰值为所述响应曲线的相邻波峰和波谷之间的差值；

失真率计算单元，根据所述波峰差值和所述表观峰峰值计算所述失真率。

可选的，所述失真率计算单元中的所述失真率的计算公式为：

其中α为失真率，V_piao为波峰差值，V'_pp为表观峰峰值。

可选的，所述响应准确度确定模块，具体为：

响应准确度确定单元，用于根据相关关系，由所述失真率确定所述待测海洋电场传感器的响应准确度；所述相关关系为所述待测海洋电场传感器的响应准确度和所述失真率呈负相关。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种基于失真率的海洋电场传感器性能检测方法及系统，该方法包括：获取待测海洋电场传感器的响应曲线；该响应曲线为在外加电场信号时测得的待测海洋电场传感器的时间-电势曲线；根据响应曲线计算失真率；根据失真率确定待测海洋电场传感器的响应准确度。本发明通过通过对失真率的量化比较以确定海洋电场传感器的响应准确度，从而提高对海洋电场传感器性能的检测的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于失真率的海洋电场传感器性能检测方法流程图；

图2为本发明实施例提供的基于失真率的海洋电场传感器性能检测系统示意图；

图3为本发明实施例1提供的在3.5％的NaCl溶液中施加频率为10mHz，峰峰值为50mV的正弦交流信号时的海洋电场传感器A和B的响应曲线图；

图4为本发明实施例1提供的在3.5％的NaCl溶液中施加频率为10mHz，峰峰值为10mV的正弦交流信号时的海洋电场传感器A和B的响应曲线图；

图5为本发明实施例1提供的在3.5％的NaCl溶液中施加频率为10mHz，峰峰值为5mV的正弦交流信号时的海洋电场传感器A和B的响应曲线图；

图6为本发明实施例2提供的在3.5％的NaCl溶液中施加频率为10mHz，峰峰值为5mV的正弦交流信号时的海洋电场传感器a和b的响应曲线图；

图7为本发明实施例2提供的在3.5％的NaCl溶液中施加频率为10mHz，峰峰值为10mV的正弦交流信号时的海洋电场传感器a和b的响应曲线图；

图8为本发明实施例2提供的在3.5％的NaCl溶液中施加频率为10mHz，峰峰值为1mV的正弦交流信号时的海洋电场传感器a和b的响应曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于失真率的海洋电场传感器性能检测方法及系统，旨在通过对失真率的量化比较以确定海洋电场传感器的响应准确度，从而提高对海洋电场传感器性能的检测的准确度，可应用于海洋电场传感器技术领域。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的基于失真率的海洋电场传感器性能检测方法流程图。如图1所示，本实施例中的一种基于失真率的海洋电场传感器性能检测方法，包括：

步骤101：获取待测海洋电场传感器的响应曲线。

响应曲线为在外加电场信号时测得的待测海洋电场传感器的时间-电势曲线。

步骤102：根据响应曲线计算失真率。

步骤102具体包括：

根据响应曲线确定波峰差值和表观峰峰值；波峰差值为响应曲线的相邻波峰之间的差值，表观峰峰值为响应曲线的相邻波峰和波谷之间的差值。

根据波峰差值和表观峰峰值计算失真率。

失真率的计算公式为：

其中α为失真率，V_piao为波峰差值，V'_pp为表观峰峰值。

步骤103：根据失真率确定待测海洋电场传感器的响应准确度。

步骤103具体为：

根据相关关系，由失真率确定待测海洋电场传感器的响应准确度；相关关系为待测海洋电场传感器的响应准确度和失真率呈负相关。

图2为本发明实施例提供的基于失真率的海洋电场传感器性能检测系统示意图。如图所示，本实施例中的一种基于失真率的海洋电场传感器性能检测系统，包括：

响应曲线获取模块201，用于获取待测海洋电场传感器的响应曲线；响应曲线为在外加电场信号时测得的待测海洋电场传感器的时间-电势曲线。

失真率计算模块202，用于根据响应曲线计算失真率。

失真率计算模块202，具体包括：

波峰差值和表观峰峰值确定单元，用于根据响应曲线确定波峰差值和表观峰峰值；波峰差值为响应曲线的相邻波峰之间的差值，表观峰峰值为响应曲线的相邻波峰和波谷之间的差值。

失真率计算单元，根据波峰差值和表观峰峰值计算失真率。

失真率的计算公式为：

其中α为失真率，V_piao为波峰差值，V'_pp为表观峰峰值。

响应准确度确定模块203，用于根据失真率确定待测海洋电场传感器的响应准确度。

响应准确度确定模块203，具体为：

响应准确度确定单元，用于根据相关关系，由失真率确定待测海洋电场传感器的响应准确度；相关关系为待测海洋电场传感器的响应准确度和失真率呈负相关。

在实际应用中，将待测海洋电场传感器设置在NaCl溶液槽中，该NaCl溶液槽用于模拟海水，通过外加电场向NaCl溶液槽中施加正弦交流信号，该正弦交流信号为输入信号，此时，测量待测海洋电场传感器的输出信号即得到待测海洋电场传感器的响应曲线。

实施例1

将海洋电场传感器A和B均设置在质量分数为3.5％的NaCl溶液中，并分别施加频率为10mHz，峰峰值为50mV的正弦交流信号、频率为10mHz，峰峰值为10mV的正弦交流信号以及频率为10mHz，峰峰值为5mV的正弦交流信号，并分别测量得到待测海洋电场传感器A和B响应曲线，如图3-图5所示，以及计算得到相应的失真率，如表1所示。

表1

由表1可知，在相同质量分数的NaCl溶液中施加相同的正弦交流信号，海洋电场传感器B的失真率总是小于海洋电场传感器A，因此，海洋电场传感器B的响应准确度优于海洋电场传感器A。

实施例2

将海洋电场传感器a和b均设置在质量分数为3.5％的NaCl溶液中，并分别施加频率为10mHz，峰峰值为50mV的正弦交流信号、频率为10mHz，峰峰值为10mV的正弦交流信号以及和频率为10mHz，峰峰值为1mV的正弦交流信号，并分别测量得到待测海洋电场传感器a和b响应曲线，如图6-图8所示，以及计算得到相应的失真率，如表2所示。

表2

由表2可知，在相同质量分数的NaCl溶液中施加相同的正弦交流信号，海洋电场传感器a的失真率总是小于海洋电场传感器b，因此，海洋电场传感器a的响应准确度优于海洋电场传感器b。

除上述实施例外，可以通过更改不同的正弦交流信号比较同一海洋电场传感器在不同输入信号时的失真率，从而判定该海洋电场传感器在何种正弦交流信号下的响应效果更好；可以通过改变NaCl溶液的质量分数比较同一海洋电场传感器在不同的质量分数的NaCl溶液中的失真率，从而判定该海洋电场传感器在何种质量分数的NaCl溶液中的响应效果更好。还可以根据实际需求进行适当的调整。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于失真率的海洋电场传感器性能检测方法，其特征在于，包括：

获取待测海洋电场传感器的响应曲线；所述响应曲线为在外加电场信号时测得的所述待测海洋电场传感器的时间-电势曲线；

根据所述响应曲线计算失真率，具体包括：

根据所述响应曲线确定波峰差值和表观峰峰值；所述波峰差值为所述响应曲线的相邻波峰之间的差值，所述表观峰峰值为所述响应曲线的相邻波峰和波谷之间的差值；根据所述波峰差值和所述表观峰峰值计算所述失真率；

根据所述失真率确定所述待测海洋电场传感器的响应准确度。

2.根据权利要求1所述的基于失真率的海洋电场传感器性能检测方法，其特征在于，所述失真率的计算公式为：

其中α为失真率，V_piao为波峰差值，V'_pp为表观峰峰值。

3.根据权利要求1所述的基于失真率的海洋电场传感器性能检测方法，其特征在于，所述根据所述失真率确定所述待测海洋电场传感器的响应准确度，具体为：

根据相关关系，由所述失真率确定所述待测海洋电场传感器的响应准确度；所述相关关系为所述待测海洋电场传感器的响应准确度和所述失真率呈负相关。

4.一种基于失真率的海洋电场传感器性能检测系统，其特征在于，包括：

响应曲线获取模块，用于获取待测海洋电场传感器的响应曲线；所述响应曲线为在外加电场信号时测得的所述待测海洋电场传感器的时间-电势曲线；

失真率计算模块，用于根据所述响应曲线计算失真率；

所述失真率计算模块，具体包括：

波峰差值和表观峰峰值确定单元，用于根据所述响应曲线确定波峰差值和表观峰峰值；所述波峰差值为所述响应曲线的相邻波峰之间的差值，所述表观峰峰值为所述响应曲线的相邻波峰和波谷之间的差值；失真率计算单元，根据所述波峰差值和所述表观峰峰值计算所述失真率；

响应准确度确定模块，用于根据所述失真率确定所述待测海洋电场传感器的响应准确度。

5.根据权利要求4所述的基于失真率的海洋电场传感器性能检测系统，其特征在于，所述失真率计算单元中的所述失真率的计算公式为：

其中α为失真率，V_piao为波峰差值，V'_pp为表观峰峰值。

6.根据权利要求4所述的基于失真率的海洋电场传感器性能检测系统，其特征在于，所述响应准确度确定模块，具体为：

响应准确度确定单元，用于根据相关关系，由所述失真率确定所述待测海洋电场传感器的响应准确度；所述相关关系为所述待测海洋电场传感器的响应准确度和所述失真率呈负相关。

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