中国现代教育装备
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 教育科技  
水声信号实时采集系统在实践教学中的应用
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2023-1-20 17:06:17
  [导读]为了改善教学效果,将科研项目中构建的水声信号实时采集系统转化为实验教学设备,通过科教融合提升教学质量。通过水池实验及后置数据处理实例,分析了该系统的应用效果。实践证明:它能让学生快速掌握在水池中开展数据采集和后置数据处理的实验方法,提升学生解决实际问题的能力,使理论教学效果得到了明显的提升。

  哈尔滨工程大学将“三海一核”作为特色办学理念,其中水声工程学院以水声理论、技术、装备和工程试验为核心,具有国内外唯一一个理工结合、配套完整、研究方向覆盖全面的水声工程专业。水声领域战略科学家杨士莪院士曾说“水声是一门实验科学,很多理论和技术研究都需通过实验进行验证”,而水声实验离不开声呐装备。然而,水声工程专业的大多数在校生却很难有机会接触实际的声呐系统。以往的水声实验,通过水听器、发射换能器、功放和前放滤波器、信号源和示波器等设备搭建较为简单的临时系统,在水池中开展实验。学生仅能改变设备的参数,通过示波器观察水听器接收的信号变化,借以理解水声传播和声呐工作的原理,无法对数据进行实时分析和处理。这样既不能采集和存储数据,也不能进行后置处理和分析,使水声工程专业的相关理论课程达不到理想的教学效果[1-2]。

  本文将科研项目研制的水下多基地探测声呐系统通过改造建成一套多通道水声信号实时采集与分析系统(简称RAMS2018声呐系统),基于水声技术国家级重点实验室平台和水声工程国家级实验教学示范中心,转化为实验教学设备。该系统可以让学生直观观察声呐系统的外在形态,通过水池实验快速掌握声呐系统工作原理、实验方法,通过上位机软件实时看到水听器采集的多通道信号和处理结果,其存储的数据可以用于数据分析,有效支撑声呐技术、水声学原理、数字信号处理和阵列信号处理等课程实践,实现了课堂理论教学和专业实验的有机衔接,有效提升了学生对声呐系统的专业认知和实践水平[3-5]。

  1 RAMS2018声呐系统构成

  2 水声信号测量实验

  3 专业实践教学效果

  4 结语

  将科研项目研制的水下多基地探测声呐系统转化为实践教学设备,提高了实践教学质量,是科教融合促进水声科学与技术领域人才培养的一次实践探索。围绕RAMS2018声呐系统支撑水声相关理论课程实践的目标,以水声信号测量实验的信号分析与检测、目标方位估计数据处理为例,通过从水池实验测量到后置数据处理的全过程,让学生身临其境地体验实验过程、操作声呐装备和处理数据,将抽象的理论知识与具现化的声呐系统测量实验相互印证,真正建立起水声技术知识体系和架构,提高对水声和声呐专业的认知和实践水平,提高了学习效率和解决实际问题的能力。当前RAMS2018声呐系统只能接收信号,是一个被动的探测系统,后续将进一步升级并集成发射机和发射换能器。升级的RAMS2018声呐系统将能够支撑主动探测实验,拓展实践教学功能,将理论和实践相结合,提升教学效果和效率,让学生得到全方位的训练,提升其实践创新能力,促进科教融合创新人才培养水平的提升。

  参考文献

  [1] 张淑娟,田野,郑翠娥,等.全开放条件下电子设计科创活动教学模式探索[J].高教学刊,2022,8(13):30-33.

  [2] 昝英飞,白旭,袁利毫.实时交互的海洋平台安装虚拟仿真实验设计与实践[J].中国现代教育装备,2022(7):23-26.

  [3] 黄兴,冯捷敏,吴凤琳,等.引入新型光弹性实验设备的实验教学实践与探索[J].中国现代教育装备,2022(7):27-30.

  [4] 陈劲新,张德成.新工科背景下计算机实践教学模型的构建与应用[J].实验室研究与探索,2022,41(1):235-240.

  [5] 万建,汪兵,周权,等.自制核心耗材促进大型仪器设备在实验教学中的应用[J].实验室研究与探索,2022,41(1):162-164,253.

聂东虎1,2 马鹏博1,2 朱衍兴1,2 乔 钢1,2 周 锋1,2

1.哈尔滨工程大学水声工程国家级实验教学示范中心 2.哈尔滨工程大学水声工程学院


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