[发明专利]基于多频水声信号的悬移质测量系统及信号处理方法

说明书

本发明公开了一种基于多频水声信号的悬移质测量系统及信号处理方法，包括水声换能器组和电子箱，电子箱内设有信号产生设备、功率放大器、前置放大器、信号采集设备和电源设备，信号产生设备连接功率放大器，功率放大器连接有前置放大器，前置放大器连接信号采集设备，信号采集设备连接有信号处理设备，信号产生设备、功率放大器、前置放大器和信号采集设备均与电源设备相连接；功率放大器连接水声换能器组。该系统可以采用定点安装进行长期监测，也可以为简易携带式进行多点现场测量。该系统采用多频水声信号，能够克服常规测量仪器的诸多弊端。它能够提供更好的抗生物淤积能力，大大降低手动清淤的频率，适合野外长期连续监测。

技术领域

本发明涉及一种基于多频水声信号的悬移质测量系统及信号处理方法。

背景技术

传统的测量悬移质浓度的方法包括直接取样法和间接测量法。直接取样法存在如下一些缺陷：

1.需要花费大量的人力、物力和经济资源进行取样。

2.受环境和地点限制，某些区域和时间段不方便取样。

3.无法做到连续取样，丢失大量的时间信息。

目前使用的间接测量方法包括光电浊度计、激光粒度仪和声学多普勒流速剖面仪。这些方法在使用时仍然存在某些问题，首先，它们都需要进行取样率定，因此引入很多的人力、物力和经济负担；由于生物的趋光性，光电浊度计和激光粒度仪容易受到水中生物的附着，实际使用时需要经常进行清淤作业。泥沙与表面清淤操作对光学仪器表面的划伤也会导致测量结果的偏差，需要更高频率的率定工作；激光粒度仪可以检测泥沙粒径分布，但是它的价格非常昂贵且需要率定，不适合大规模采用。声学多普勒流速剖面仪的工作盲区很大，无法获取换能器附近的悬移质含量信息。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于多频水声信号的悬移质测量系统及信号处理方法，该系统可以实时测量水中悬移质含量和粒径分布，实现高精度和高可靠性的测量。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

基于多频水声信号的悬移质测量系统，包括水声换能器组和电子箱，电子箱内设有信号产生设备、功率放大器、前置放大器、信号采集设备和电源设备，信号产生设备连接功率放大器，功率放大器连接有前置放大器，前置放大器连接信号采集设备，信号采集设备连接有信号处理设备，信号产生设备、功率放大器、前置放大器和信号采集设备均与电源设备相连接；功率放大器连接水声换能器组。

进一步，水声换能器组包含至少3个不同频率的换能器，换能器频率范围从200kHz到10MHz，换能器为一种能在水中进行声电转换的传感器。

进一步，水声换能器组与电子箱之间通过电缆连接，电缆长度从0.2到20米。

进一步，电子箱上设有BNC公头，电缆上设有BNC母头，BNC公头与BNC母头相匹配。

进一步，水声换能器组连接有安装支架，安装支架包括换能器安装头和安装杆，换能器安装头用于固定各个换能器，换能器安装头连接安装杆。

进一步，信号产生设备产生换能器工作频段内的频率和长度的窄带或宽带信号；功率放大器内部包括电流放大器、驱动放大器和末级功率放大器，负责对原始发射信号进行滤波和放大形成大功率信号，驱动换能器发出声信号；前置放大器负责对接收的原始微弱信号进行滤波和放大，形成可以被后端信号采集设备获取的大幅度信号；信号采集设备负责把模拟信号变换为数字信号，信号处理设备负责对数字信号进行实时或非实时处理，计算泥沙浓度和粒径分布信息；信号处理设备为能够对数字信号进行处理的设备。

进一步，信号处理设备为上位机，上位机内设有实时信号处理与显控软件。

进一步，信号采集设备连接有设备控制和数据传输端口，设备控制和数据传输端口连接有USB数据线，数据线连接上位机。