CN116858421B - 一种低频压力测量方法及海洋低频压力测量组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低频压力测量方法及海洋低频压力测量组件，海洋低频压力测量组件包括第一腔体与第二腔体，第二腔体与外界的压强相同，第一腔体中设置低频压力检测单元；该压力测量方法包括：将海洋低频压力测量组件浸没于水中；通过低频压力检测单元采样第一腔体中的低频压力，得到低频数组；对低频数组进行FFT变换得到第一变化数组，第一变化数组乘以x得到低频压力数组。由于第二腔体压力为第一腔体压力的x倍，对于高频压力及低频压力而言相当于被缩小，由于高频压力本身振幅较小，被缩小后难以进入低频压力检测单元的检测范围，此时低频压力检测单元采样得到的低频数组相当于去除了高频压力，以提高本方案中的低频压力测量精度。

Description

一种低频压力测量方法及海洋低频压力测量组件

技术领域

本发明涉及压力测量领域，尤其涉及一种低频压力测量方法及海洋低频压力测量组件。

背景技术

低频压力测量作为一个重要的测量技术，其在许多检测场景中担任着重要角色。这是因为低频压力信号反映了较长时间范畴内的压力变化，有助于了解和分析地质变化、流体动力等潜在演变过程。例如，当低频压力测量应用于水下环境时，低频压力测量可用于海洋地震预警、海洋深度测量及水位变化等项目。

当前，低频压力的测量方法本质上是通过压力传感器采集压力，然后对采集到的压力进行频域分析，以得到低频压力；但实际上，受限于压力传感器自身的参数限制，压力传感器所采集的压力往往还包含了部分高频压力，容易出现高频压力混叠于低频域的情况，导致测量精度不足。因此，目前急需一种低频压力测量方法以提高低频压力测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低频压力测量方法及海洋低频压力测量组件，解决当前低频压力测量方法存在精度不足的技术问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种低频压力测量方法，包括：

S1、提供海洋低频压力测量组件，将所述海洋低频压力测量组件浸没于水中；其中，所述海洋低频压力测量组件包括第一腔体与第二腔体，所述第二腔体与外界的压强相同，所述第一腔体的压强为所述第二腔体压强的1/x，x＞1；

S2、通过所述第一腔体中的低频压力检测单元以预设的采样率和预设的采样时间采集所述第一腔体中的低频压力，得到低频数组；

S3、对所述低频数组进行FFT变换得到第一变化数组，令所述第一变化数组乘以x，补偿得到低频压力数组。

可选地，所述低频压力检测单元为压力传感器，所述压力传感器用于采集低频压力，以得到低频数组；

所述步骤：S2、通过所述第一腔体中的低频压力检测单元以预设的采样率和预设的采样时间采集所述第一腔体中的低频压力，得到低频数组，具体包括：

S23、通过所述第一腔体中的压力传感器以预设的采样率和预设的采样时间采集所述第一腔体中的低频压力，得到低频数组。

可选地，所述海洋低频压力测量组件还包括第三腔体，所述第三腔体的压强为所述第二腔体压强的1/（y*x），y＞1；所述低频压力检测单元为压差传感器，所述压差传感器包括第一检测端与第二检测端，所述第一检测端位于所述第一腔体，所述第二检测端位于所述第三腔体；

所述步骤：S2、通过所述第一腔体中的低频压力检测单元以预设的采样率和预设的采样时间采集所述第一腔体中的低频压力，得到低频数组，具体包括：

S21、通过所述压差传感器采集所述第一腔体与所述第三腔体之间的压力差，得到压力差数组；

S22、令所述压力差数组乘以y/（y-1），得到所述低频数组。

可选地，所述步骤：S3、对所述低频数组进行FFT变换得到第一变化数组，所述第一变化数组乘以x得到低频压力数组之后还包括：

S4、根据所述采样率及所述采样时间，得到频率轴；根据所述低频压力数组及所述低频压力数组绘制频谱图。

一种海洋低频压力测量组件，包括相连通的第一腔体与第二腔体；所述第二腔体与外界的压强相同；所述第一腔体与所述第二腔体之间设置有第一活塞，所述第一腔体及所述第二腔体被所述第一活塞分隔；所述第一活塞朝向所述第一腔体的一端面积为所述第一活塞朝向所述第二腔体的另一端面积的x倍；

所述第一腔体中设置有低频压力检测单元，所述低频压力检测单元用于以预设的采样率和预设的采样时间采集所述第一腔体中的低频压力，得到低频数组；

还包括主控单元，所述主控单元用于对所述低频数组进行FFT变换得到第一变化数组，所述第一变化数组乘以x得到低频压力数组。

可选地，所述海洋低频压力测量组件还包括第三腔体，所述第三腔体与所述第二腔体连通，所述第三腔体与所述第二腔体之间设置有第二活塞，所述第二活塞朝向所述第三腔体的一端面积为所述第二活塞朝向所述第三腔体的另一端面积的（y*x）倍；

所述低频压力检测单元为压差传感器，所述压差传感器包括第一检测端与第二检测端，所述第一检测端位于所述第一腔体，所述第二检测端位于所述第三腔体；所述压差传感器用于采集所述第一腔体与所述第三腔体之间的压力差，得到压力差数组；

所述主控单元还用于令所述压力差数组乘以y/（y-1），得到所述低频数组。

可选地，所述第一腔体与所述第二腔体中均填充有油液。

可选地，所述第二腔体的一腔壁对应所述第一活塞及所述第二活塞的位置开设有避让孔，所述第二腔体的另一腔壁上开设有进水孔，所述进水孔与外界连通。

可选地，所述第二腔体的一腔壁对应所述第一活塞及所述第二活塞的位置开设有避让孔，所述第二腔体的另一腔壁上安装有弹性膜，所述第二腔体及外界被所述弹性膜分隔。

可选地，所述低频压力检测单元为压力传感器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的低频压力测量方法及海洋低频压力测量组件，令第二腔体与外界的压强相同，即第二腔体中的介质压强与外部水压保持一致。通过第一活塞的设置，使得第一腔体压强为第二腔体压强的1/x，对于高频压力及低频压力而言相当于被缩小，由于高频压力本身振幅较小，被缩小后更难以进入低频压力检测单元的检测范围，此时低频压力检测单元采样得到的低频数组相当于去除了高频压力，接着对低频数组进行FFT变换得到第一变化数组，并且通过补偿乘数x以消除第一腔体中的压力变化影响，从而保证本方案中的低频压力测量精度。

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，下面将对实施例或现有技术描述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它的附图。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实施例提供的低频压力测量方法的第一流程示意图；

图2为本实施例提供的低频压力测量方法的第二流程示意图；

图3为本实施例提供的低频压力测量方法的第三流程示意图；

图4为本实施例提供的海洋低频压力测量组件的结构示意图。

图示说明：1、第一腔体；2、第二腔体；3、低频压力检测单元；4、第一活塞；5、第三腔体；6、第二活塞；7、弹性膜。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1至图4所示，图1为本实施例提供的低频压力测量方法的第一流程示意图，图2为本实施例提供的低频压力测量方法的第二流程示意图，图3为本实施例提供的低频压力测量方法的第三流程示意图，图4为本实施例提供的海洋低频压力测量组件的结构示意图。

实施例一

本发明实施例提供了一种低频压力测量方法，主要用于测量低频压力，特别适用于水下低频压力测量的场景，并且通过对低频压力测量方法进行优化，能够减少高频压力对测量方法的影响，进而使得低频压力测量方法的测量精度提高。

如图1和图3所示，本实施例提供的低频压力测量方法包括：

S1、提供海洋低频压力测量组件，将海洋低频压力测量组件浸没于水中；其中，海洋低频压力测量组件包括第一腔体1与第二腔体2，第二腔体2与外界的压强相同，第一腔体1的压强为第二腔体2压强的1/x，x＞1；其中，由于x＞1，第一腔体1中的压强小于第二腔体2中的压强，在压强减小的情况下，第一腔体1中的低频压力检测单元3所测得的压力等比减小；

S2、通过第一腔体1中的低频压力检测单元3以预设的采样率p和预设的采样时间T采集第一腔体1中的低频压力，得到低频数组（包含p*T个采集点）；其中，低频数组中的采集点数量N为采样率p（每秒采集的数据量）与采样时间T（秒）之积，即低频数组包括N个采集点；

S3、对低频数组进行FFT变换（快速傅里叶变换）得到第一变化数组，令第一变化数组乘以x，补偿得到低频压力数组；其中，第一变化数组的各个数值为复数，其绝对值相当于某个频率下的压力幅值，其坐标相当于某个频率下的压力相位；具体地，第一腔体1压强为第二腔体2压强的1/x，对于高频压力及低频压力而言均相当于被缩小，由于高频压力本身振幅较小，被缩小后更难以进入低频压力检测单元3的检测范围，此时低频压力检测单元3采样得到的低频数组相当于去除了高频压力，接着对低频数组进行FFT变换得到第一变化数组，并且通过补偿乘数x以消除第一腔体1中的压力变化影响，从而保证本方案中的低频压力测量精度。

S4、根据采样率及采样时间，得到频率轴；根据低频压力数组及低频压力数组绘制频谱图。示例性的，频率轴的前半部包括（N/2）+1个频率点，频率分辨率为（p/N），频率区间为[0，（p/2）]，前半部的频率点对应低频压力数组的前一半低频压力数据设置；并且由奈奎斯特定律可知，频谱图的后一半图像为前半图像的反向折叠，由此可以绘制完整的频谱图；进而，便于工作人员快速分析检测对象在不同频率下的压力幅值及相位。

在本实施例中，低频压力检测单元3为压力传感器，压力传感器用于采集低频压力，以得到低频数组；步骤：S2、通过第一腔体1中的低频压力检测单元3以预设的采样率和预设的采样时间采集第一腔体1中的低频压力，得到低频数组，具体包括：

S23、通过第一腔体1中的压力传感器以预设的采样率和预设的采样时间采集第一腔体1中的低频压力，得到低频数组。

即本实施例中，通过压力传感器直接采集第一腔体1中缩小x倍后的低频压力，并得到低频数组，由此相当于去除了高频压力，以保证本方案中的低频压力测量精度。

实施例二

如图1和图2所示，本实施例提供的低频压力测量方法，在实施例一的基础上，区别在于：海洋低频压力测量组件还包括第三腔体5，第三腔体5的压强为第二腔体2压强的1/y*x，y＞1；低频压力检测单元3为压差传感器，压差传感器包括第一检测端与第二检测端，第一检测端位于第一腔体1，第二检测端位于第三腔体5。

本实施例中的低频压力测量方法具体包括：

S1、提供海洋低频压力测量组件，将海洋低频压力测量组件浸没于水中；其中，海洋低频压力测量组件包括第一腔体1与第二腔体2，第二腔体2与外界的压强相同，第一腔体1的压强为第二腔体2压强的1/x，x＞1；其中，由于x＞1，第一腔体1中的压强小于第二腔体2中的压强，在压强减小的情况下，第一检测端所测得的压力等比减小；海洋低频压力测量组件还包括第三腔体5，第三腔体5的压强为第二腔体2压强的1/y*x，y＞1；其中，由于第三腔体5中的压强小于第二腔体2中的压强，在压强减小的情况下，第二检测端所测得的压力等比减小。同时，第二检测端所测得的压力减小比例，大于，第一检测端所测得的压力减小比例，使得压差传感器能够检测到第一腔体1与第三腔体5之间的压力差；

S21、通过压差传感器采集第一腔体1与第三腔体5之间的压力差，得到压力差数组；

S22、令压力差数组乘以y/y-1，得到低频数组；可以理解的是，假设第二腔体2的压强为a，则第一检测端所测得压力为a/x，第二检测端所测得压力为a/（x*y），两者的差值为a（y-1）/（x*y）；因此，令令压力差数组乘以y/y-1后，相当于得到a/x，即得到低频数组；

S3、对低频数组进行FFT变换得到第一变化数组，令第一变化数组乘以x，补偿得到低频压力数组；具体地，第一腔体1压强为第二腔体2压强的1/x，对于高频压力及低频压力而言相当于被缩小，由于高频压力本身振幅较小，被缩小后更难以进入低频压力检测单元3的检测范围，此时低频压力检测单元3采样得到的低频数组相当于去除了高频压力，接着对低频数组进行FFT变换得到第一变化数组，并且通过补偿乘数x以消除第一腔体中的压力变化影响，从而保证本方案中的低频压力测量精度；

S4、根据采样率及采样时间，得到频率轴；根据低频压力数组及低频压力数组绘制频谱图。示例性的，频率轴的前半部包括（N/2）+1个频率点，频率分辨率为（p/N），频率区间为[0，（p/2）]，前半部的频率点对应低频压力数组的前一半低频压力数据设置；并且由奈奎斯特定律可知，频谱图的后一半图像为前半图像的反向折叠，由此可以绘制完整的频谱图；进而，便于工作人员快速分析检测对象在不同频率下的压力幅值及相位。

通过上述设置，在压差传感器两侧形成差值不高的两侧压力，对于压力测量而言，只需要测量两个不同压力之间的差值，即使这两个压力都非常大，但只要它们相差不大，仍然能维持压差传感器的正常工作，由此扩展了海洋低频压力测量组件的压力适用范围。

实施例三

本实施例提供一种应用于实施例一中的低频压力测量方法上的海洋低频压力测量组件；该海洋低频压力测量组件包括相连通的第一腔体1与第二腔体2；第二腔体2与外界的压强相同；第一腔体1与第二腔体2之间设置有第一活塞4，第一腔体1及第二腔体2被第一活塞4分隔；第一活塞4朝向第一腔体1的一端面积为第一活塞4朝向第二腔体2的另一端面积的x倍；第一腔体1中设置有低频压力检测单元3，低频压力检测单元3用于以预设的采样率和预设的采样时间采集第一腔体1中的低频压力，得到低频数组；海洋低频压力测量组件还包括主控单元，主控单元用于对低频数组进行FFT变换得到第一变化数组，第一变化数组乘以x得到低频压力数组。

其中，低频压力检测单元3为压力传感器，其能够直接检测第一腔体1中的压力，并得到低频数组；便于主控单元后续将低频数组转为低频压力数组，并绘制成频谱图。需要补充的是，在其他可选的实施方式中，主控单元可以起到存储低频压力数组的作用，在海洋低频压力测量组件完成多组低频压力数组的采集后，工作人员可以取出主控单元所存储的数据，以进行FFT变换及频谱图的绘制。

实施例四

本实施例提供一种应用于实施例二中的低频压力测量方法上的海洋低频压力测量组件；该海洋低频压力测量组件包括相连通的第一腔体1与第二腔体2；第二腔体2与外界的压强相同；第一腔体1与第二腔体2之间设置有第一活塞4，第一腔体1及第二腔体2被第一活塞4分隔；第一活塞4朝向第一腔体1的一端面积为第一活塞4朝向第二腔体2的另一端面积的x倍；第一腔体1中设置有低频压力检测单元3，低频压力检测单元3用于以预设的采样率和预设的采样时间采集第一腔体1中的低频压力，得到低频数组；海洋低频压力测量组件还包括主控单元，主控单元用于对低频数组进行FFT变换得到第一变化数组，第一变化数组乘以x得到低频压力数组。

其中，海洋低频压力测量组件还包括第三腔体5，第三腔体5与第二腔体2连通，第三腔体5与第二腔体2之间设置有第二活塞6，第二活塞6朝向第三腔体5的一端面积为第二活塞6朝向第三腔体5的另一端面积的y*x倍；低频压力检测单元3为压差传感器，压差传感器包括第一检测端与第二检测端，第一检测端位于第一腔体1，第二检测端位于第三腔体5；压差传感器用于采集第一腔体1与第三腔体5之间的压力差，得到压力差数组；主控单元还用于令压力差数组乘以y/y-1，得到低频数组。

需要说明的是，在实施例三及实施例四中，均采用活塞实现压强的等比缩小；示例性的，第一活塞4的两侧受力相同，且第一活塞4朝向第一腔体1的一端面积为第一活塞4朝向第二腔体2的另一端面积的x倍，根据帕斯卡定律可知，此时第二腔体2的压强应为第一腔体1的x倍，即第一腔体1的压强为第二腔体2压强的1/x；同理地，通过第二活塞6的设置，使得第二腔体2的压强应为第二腔体2的x*y倍，即第三腔体5的压强为第二腔体2压强的1/y*x。

在上述实施例三及实施例四的基础上，第一腔体1与第二腔体2中均填充有油液。同时，作为进一步可选的实施方式，可以在第一活塞4的一端与另一端、在第二活塞6的一端与另一端之间填充油液，以进一步消除高频压力。

在上述实施例三及实施例四的基础上，作为一个可选的实施方式，第二腔体2的一腔壁对应第一活塞4及第二活塞6的位置开设有避让孔，第二腔体2的另一腔壁上开设有进水孔，进水孔与外界连通。

作为另一个可选的实施方式，第二腔体2的一腔壁对应第一活塞4及第二活塞6的位置开设有避让孔，第二腔体2的另一腔壁上安装有弹性膜7，第二腔体2及外界被弹性膜7分隔。通过弹性膜7的设置，能够避免海水直接接触海洋低频压力测量组件的内部器件，减少对海洋低频压力测量组件的腐蚀，提高海洋低频压力测量组件的稳定性；可以理解的是，海洋低频压力测量组件浸没水中时，弹性膜7受压向第二腔体2内侧挤压，直至第二腔体2中的压强与外界相等，使得第二腔体2的压强与外界保持一致，以实时反馈外界的压力变化。

综上所述，本实施例提供的海洋低频压力测量组件具备测量精度高、稳定性高等优点。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种低频压力测量方法，其特征在于，包括：

S1、提供海洋低频压力测量组件，将所述海洋低频压力测量组件浸没于水中；其中，所述海洋低频压力测量组件包括第一腔体与第二腔体，所述第二腔体与外界的压强相同，所述第一腔体的压强为所述第二腔体压强的1/x，x＞1；

S2、通过所述第一腔体中的低频压力检测单元以预设的采样率和预设的采样时间采集所述第一腔体中的低频压力，得到低频数组；

S3、对所述低频数组进行FFT变换得到第一变化数组，令所述第一变化数组乘以x，补偿得到低频压力数组；

所述海洋低频压力测量组件还包括第三腔体，所述第三腔体的压强为所述第二腔体压强的1/（y*x），y＞1；所述低频压力检测单元为压差传感器，所述压差传感器包括第一检测端与第二检测端，所述第一检测端位于所述第一腔体，所述第二检测端位于所述第三腔体；

所述步骤：S2、通过所述第一腔体中的低频压力检测单元以预设的采样率和预设的采样时间采集所述第一腔体中的低频压力，得到低频数组，具体包括：

S21、通过所述压差传感器采集所述第一腔体与所述第三腔体之间的压力差，得到压力差数组；

S22、令所述压力差数组乘以y/（y-1），得到所述低频数组。

2.根据权利要求1所述的一种低频压力测量方法，其特征在于，所述步骤：S3、对所述低频数组进行FFT变换得到第一变化数组，所述第一变化数组乘以x得到低频压力数组之后还包括：

S4、根据所述采样率及所述采样时间，得到频率轴；根据所述低频压力数组及所述低频压力数组绘制频谱图。

3.一种海洋低频压力测量组件，其特征在于，包括相连通的第一腔体与第二腔体；所述第二腔体与外界的压强相同；所述第一腔体与所述第二腔体之间设置有第一活塞，所述第一腔体及所述第二腔体被所述第一活塞分隔；所述第一活塞朝向所述第一腔体的一端面积为所述第一活塞朝向所述第二腔体的另一端面积的x倍；所述海洋低频压力测量组件还包括第三腔体，所述第三腔体与所述第二腔体连通，所述第三腔体与所述第二腔体之间设置有第二活塞，所述第二活塞朝向所述第三腔体的一端面积为所述第二活塞朝向所述第三腔体的另一端面积的（y*x）倍；

所述第二腔体的一腔壁对应所述第一活塞及所述第二活塞的位置开设有避让孔，所述第二腔体的另一腔壁上安装有弹性膜，所述第二腔体及外界被所述弹性膜分隔；

所述第一腔体中设置有低频压力检测单元，所述低频压力检测单元为压差传感器，所述压差传感器包括第一检测端与第二检测端，所述第一检测端位于所述第一腔体，所述第二检测端位于所述第三腔体；所述压差传感器用于采集所述第一腔体与所述第三腔体之间的压力差，得到压力差数组；

还包括主控单元，所述主控单元还用于令所述压力差数组乘以y/（y-1），得到低频数组；还用于对所述低频数组进行FFT变换得到第一变化数组，令所述第一变化数组乘以x，补偿得到低频压力数组。

4.根据权利要求3所述的一种海洋低频压力测量组件，其特征在于，所述第一腔体与所述第二腔体中均填充有油液。

5.根据权利要求3所述的一种海洋低频压力测量组件，其特征在于，所述第二腔体的一腔壁对应所述第一活塞及所述第二活塞的位置开设有避让孔，所述第二腔体的另一腔壁上开设有进水孔，所述进水孔与外界连通。