基于电磁-压电混合结构的超声波穿金属通信系统

作     者：杨超 胡一帆 曹自平 

作者机构：南京邮电大学通信与信息工程学院 

出 版 物：《应用声学》 (Journal of Applied Acoustics)

年 卷 期：2024年

学科分类：07[理学] 082403[工学-水声工程] 08[工学] 070206[理学-声学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0702[理学-物理学] 

主　　题：超声波通信 电磁超声换能器 判决反馈均衡器 现场可编程门阵列 

摘      要：在密闭金属腔体内外间进行通信时，超声波由于没有金属屏蔽效应而成为一种良好的信号传输载体。在基于超声波的通信系统中，用于超声波发射和接收的一对换能器往往为相同类型的压电式或电磁式结构。考虑到压电式和电磁式换能器的各自优点和不足，该研究提出一种电磁-压电混合结构的超声波穿金属通信系统，该系统使用电磁式结构作为发射换能器，使用压电式结构作为接收换能器。其中所采用的电磁式超声换能器由永磁铁和绕制线圈组成，该换能器易于制作且成本较低。在此基础上，以现场可编程门阵列(FPGA)和实验室自制电路为信号处理模块，进行穿越60 mm厚铝板的信号和图像无线传输实验系统采用通断键控进行信号调制，通过自适应判决反馈均衡器进行信道回波消除，在500 kHz的载波下实现了100 kbit/s的通信速率。在此基础上，该研究还进一步开展了穿金属图像无线传输的研究，恢复后的图像相对于原始图像达到了94.02%的相似度。