[发明专利]一种基于二次谐波频率飘移的泥沙含量检测方法

说明书

本发明公开了一种基于二次谐波频率飘移的泥沙含量检测方法，包括以下步骤：1）建立液体柱模型，推导出液体一维非线性波动方程；2）根据边界条件，通过微扰法推导出二次谐波传播时的声波振动压强解；3）通过仿真软件对声波振动压强解的信号函数进行傅里叶变化，得到液体理论频谱图；4）在液体柱模型中加入泥沙形成MC泥沙模型，进行二次谐波传播时的声波振动压强解分析，通过仿真软件仿真得到理论上MC泥沙模型的频率飘移图；5）通过实际仪器测量得到实际测量频谱图，将其与液体理论频谱图作对比得到实测频率飘移量；6）将实测频率飘移量与理论频率飘移量相对应，从而得到实测泥沙含量。大大提高检测的精度和可靠度。

技术领域

本发明涉及一种泥沙含量检测方法，特别是涉及一种基于二次谐波频率飘移的泥沙含量检测方法，属于超声检测及分析技术领域。

背景技术

随着超声技术的发展，超声检测在工程领域的应用越来越频繁。河流中泥沙的长期积累，对水利工程造成巨大的影响，同时也给防洪造成很多困扰。我们必须研究泥沙的特性，充分掌握泥沙的运动规律，才能保证水利工程的顺利实施和安全运行，才能使泥沙尽可能少的淤积河道、防止洪涝灾害的发生。

超声波在有界流体中的传播具有强烈的非线性，传播频带较广，可以穿透高浓度的悬浮液，因此在悬浮液检测技术中占有重要地位。

目前泥沙信息检测法有：

(1)烘干法：烘干法是最直接简单的测量方法，这种测量方法所需设备简易，方法简单，局部精度较高，结果也很可观，但是整个测量过程比较繁琐，测量周期很长，不能满足现代测量的实时性。

(2)采样法：采样法是一种传统的泥沙浓度分析方式，利用采样器现场取样，然后对水样进行抽滤、称重、计算悬沙质量浓度，该方法虽然测量精度高，但无法实现对水体泥沙浓度的定点实时监测。

(3)激光法：激光法是利用光在水体中传播时由于泥沙颗粒散射、衍射、吸收等原因，造成光强度上一定程度的衰减，通过对其衰减系数的测定，进而得到水体中泥沙含量等诸多信息。

按上述方法均可实现悬浮液中泥沙信息的检测，但是其使用范围有所不同，检测过程较为繁琐，且检测周期长，实时性比较差，精度低，不能满足水利工程检测的高要求。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种基于二次谐波频率飘移的泥沙含量检测方法，能更好地得到河流中泥沙含量的情况，有利于对水利工程进行质量监测和维护，特别适用于河流中泥沙含量过高的情况，具有产业上的利用价值。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于二次谐波频率飘移的泥沙含量检测方法，包括以下步骤：

1)建立液体柱模型，推导出液体一维非线性波动方程；

2)根据边界条件，通过微扰法推导出二次谐波传播时的声波振动压强解；

3)通过仿真软件对声波振动压强解的信号函数进行傅里叶变化，得到振幅谱，从而得到压强频谱曲线图即液体理论频谱图；

4)在液体柱模型中加入泥沙形成MC泥沙模型，对MC泥沙模型进行二次谐波传播时的声波振动压强解分析，通过仿真软件仿真得到理论上MC泥沙模型的频率飘移图，该MC泥沙模型的频率飘移图表示了通过理论计算得到的理论频率飘移量与理论泥沙含量的对应关系；

5)通过实际仪器测量得到实际测量频谱图，将实际测量频谱图与液体理论频谱图作对比得到实测频率飘移量；

6)参照MC泥沙模型的频率飘移图，将实测频率飘移量与理论频率飘移量相对应，从而得到与理论频率飘移量相对应的理论泥沙含量即为实测泥沙含量。

本发明进一步设置为：所述步骤1)的建立液体柱模型，推导出液体一维非线性波动方程，具体为，