[发明专利]超声脉冲低含沙量测量方法及其测量仪器

说明书

本发明属于水文测量技术领域。

目前，国内外测量江河含沙量的方法，是以悬沙采样器为主。悬沙采样器分为横式瞬时采样器，竖式瞬时采样器，瓶式采样器等种类、但不管采用哪种采样器、都要用缆索将采样器放入水中，逐点或沿水深采取合沙水样，将水样过滤，并烘干称重，对沙样进行分析。

在采样的方法上，又分为瞬时采样和积时采样，瞬时式表示瞬间采样，而积时式是指采样时，要经历一段时间而不是瞬时的，这样在一定程度上克服含沙量波动的影响。又有所谓积点式和积深式，积点式是指在选定的固定点采样，而积深式是沿水深由上到下或由下向上移动采取沿垂线的沙样。

采样以后，首先要将含沙水样过滤，再烘干，称重来确定含沙量的大小。

一、用悬沙采样器测沙存在着以下问题：

1.当含沙量大，流速大时，采样困难，误差大。

2.当含沙量低时，由于沙粒在采样上的粘附，误差也大。

3.费时费力，一般需要十天左右才有结果。虽然存在着以上等问题，但迄今仍没有更好的方法来取代，因而现在在国内外，在江河中测沙仍以悬沙采样器为主。

二、同位素测沙法

利用放射性同位系作为放射源，发射γ射线，由于光电效应，康普顿效应和电子对效应，使射线强度产生衰减。测沙时，将放射源放入水中，经过含沙水体后，射线发生衰减，利用闪烁计数器所接收到射线强度将减弱，其减弱的程度与水中的含沙量有关。同位素测沙就是根据这一原理而建立起来的。

这种方法多用来在含沙量较高的水流中测量水中的含沙量，当含沙量低时，误差很大，当含沙量低于1kg/M³时，不能应用，其最大的弱点，是放射性同位素对人体健康有害，因而不易推广。

三、振动式测沙仪

振动式测沙仪是利用一根两端固定的空心管子，当含沙水流流过振动管时，影响振动管的振动频率。振动管的振动频率与水体的密度，或水体中之含沙测量有关。

美国CEC仪器公司和英国Solartron公司都有产品出售，在国内，云南大学也研制出一种样机，并于1983年通过鉴定。

这种振动式测沙仪也不宜于用来测量低含沙量，云南大学研制的仪器，当含沙量在10kg/M³以下，数据不稳，不便应用。

四、光电式测沙仪

在国内外均有人研究用光电法测沙，由于受到沙粒色泽和粒径的影响，近十年来，已很少应用。

总上所述，过去所采用测沙方法，都存在着缺点，大都不能测量低含沙量。在以上几种方法中，能够在国内外持续在江河应用的是悬沙采样器。而这种方法，在高含沙中应用困难，在低含沙水流中误差较大，本发明型的特点是对低含沙量特别敏感，适于在低含沙河流中应用。

本发明是根据江河中测沙的需要，经过长期探索而提出来的一种新的测沙方法，为了实现这种测沙方法，而研制出的一套能快速检测低含沙量的超声仪器。

本发明的基本特征是通过向低含沙水体的被测点发射超声脉冲、当超声脉冲在含沙水体中传播时，在声阻抗相异的水与沙粒的界面上将产生反射波，对这些反射波进行接收并转换成电信号进行放大，在指定的时间内进行累计计数。由于反射波数与水体中的含沙量成一定的比例关系。因此，将累计所得的反射波数与预先根据已知的含沙量标定出的反射波计数与含沙量关系曲线进行对照，即可得到被测区域的含沙量。

由于所记回波数与含沙量之间的关系，在理论上有两个方面：第一，被测区域的沙粒愈多，从沙粒上反射回来的回波数愈多，因而反射波数与含沙量成比例；第二是超声波在含沙水流中的衰减随着含沙量的增加而增大，而且被测点的反射回波受到悬浮于检测区域之上的沙粒所阻挡，因而当含沙量增加到一定程度时，反射波数的上升不成线性关系，当含沙量达到2kg/M³时呈饱和状态，本发明的测量范围为(0～2)kg/M³。