[發明專利]利用水聲衰減頻譜測量水渾濁度的裝置及方法

有效

• 申請號: 200910192206.8
• 申請日: 2009-09-09
• 公開（公告）號: CN101655443A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發明（設計）人: 韋崗;曾令創;徐小碧;曹燕
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;G01K11/22
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 李衛東;黃 磊

技術領域

本發明屬于水渾濁度檢測的技術領域，具體涉及一種利用水聲衰減頻譜測量海水或淡水渾濁度的裝置及方法。

背景技術

渾濁度是反映水中非溶性物質微粒的含量，是衡量水質好壞的最重要參數之一。渾濁度可用于衡量水處理或別的工業生產中水的澄清、過濾等過程是否達標的標志物理量。

對渾濁度的測量，在線和離線(實驗室用的)多數采用光學方法。但是利用光學方法測量渾濁度，其結果決定于構成渾濁液的粒子的大小、形狀、顏色和折射率，很容易受到可溶性色度的影響，且當水或透明液體濁度較大時由于遮擋原因等因素容易造成測量不準確，且深海壓力會對設備在耐壓和密封等方面提出更高的要求。

于2006年7月12日公開的中國發明專利申請CN1800819A，提出了一種圓柱形的封閉腔體的海洋聲學濁度傳感器，該裝置利用水聲脈沖的傳播衰減度跟渾濁度成比例關系，通過測量水聲在水中的衰減和對比已有的參考頻譜來測量水的渾濁度，且該裝置不易受耐壓、密封等條件的限制。但這種裝置存有一些不足：1、測量靈敏度不夠高，對于低渾濁度的水來說，傳播衰減程度相差不大，難以從衰減中得出渾濁度；2、容易產生多徑效應，產生較大的數據接收誤差；3、待測水不是被封閉在一個腔體內，容易受外界噪聲干擾，突發誤差較大，測量穩定性不好；4、得到的數據比較單一片面，只能獲得某個頻率的水聲衰減頻譜，不能很全面地反映不同水質對不同頻率水聲衰減的影響。

發明內容

針對現有技術的缺陷與不足，本發明的目的是提出一種利用水聲衰減頻譜測量水渾濁度的裝置及方法，本發明采用掃頻電路，測量聲音在水聲信道傳輸過程中產生的衰減頻譜，對比已有的水聲衰減頻譜經驗曲線，得到渾濁度，以提高渾濁度測量的精度；采用橢球形腔體，把待測水封閉在橢球形腔體內，發射、接收換能器分別放置在橢球的兩個焦點，使得水聲傳輸的路徑相同，克服了水聲多徑時延效應。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：利用水聲衰減頻譜測量水渾濁度的裝置，包括電路盒、顯示設備、電纜、發射換能器和接收換能器，電路盒通過電纜分別與發射換能器和接收換能器連接，還包括橢球形腔體、設置于橢球形腔體內的T形通道；所述發射換能器和接收換能器分別位于橢球形腔體的兩個焦點處；所述電纜內置于T形通道內部；T形通道的橫向兩端安裝有密封件，發射換能器和接收換能器分別安裝在T形通道的橫向兩端，T形通道的豎向端連接于橢球形腔體底端，并設有一個用于引出電纜的出線孔。

所述電路盒包括中央處理器，以及分別與中央處理器連接的基帶信號源、掃頻電路、頻譜分析電路、存儲器，其中中央處理器與顯示設備連接，基帶信號源還與發射換能器連接，掃頻電路還與接收換能器連接。

所述橢球形腔體的頂部還有注水開關，開關處還設有溫度傳感器。

所述橢球形腔體內側面涂有反射系數為0.6～0.9的物質。

利用水聲衰減頻譜測量水渾濁度的方法，包括以下步驟：

步驟1、打開位于橢球形腔體頂端的注水開關，將待測渾濁度的水注滿整個腔體，關閉注水開關，同時利用溫度傳感器測量水的溫度；

步驟2、基帶信號源在一個頻率范圍內，將從低頻到高頻發出的水聲基帶信號傳輸到位于橢球焦點處的發射換能器，由發射換能器將水聲基帶信號發射出去；

步驟3、水聲基帶信號到達橢球形腔體內表面后被反射，接收換能器采集發射信號，然后由掃頻電路將不同頻率的反射信號進行掃描，形成在步驟2所述頻率范圍內的水聲反射衰減頻譜；

步驟4、中央處理器結合步驟1中已測的溫度，將步驟3所得的水聲反射衰減頻譜與存儲在存儲器中的渾濁水聲經驗衰減頻譜進行對比和分析，得到腔體中水的渾濁度；

步驟5、中央處理器將與水聲反射衰減頻譜最接近的渾濁水聲經驗衰減頻譜，以及該渾濁水聲經驗衰減頻譜對應的水質參數，傳送到顯示設備進行顯示。

優選地，步驟2所述的發射換能器在120度的角度范圍內將水聲基帶信號發射出去。

優選地，步驟5所述的水質參數為溫度、鹽度、渾濁度。

本發明將聲學原理應用到渾濁度測量中，既能克服光學渾濁度測量器易受到可溶性色度的影響和水或透明液體渾濁度太大時由于遮擋等因素影響準確測量的不足，提高測量精度；又能克服專利申請CN1800819A中所披露技術方案的不足。其具體優點及有益效果在于：

1、采用橢球型結構，發射、接收換能器分別安置于橢球的兩個焦點處，信號從發射點到接收點的時間一致，克服了多徑時延效應帶來的嚴重干擾。

2、待測水被封閉在一個腔體內，不受外界噪聲干擾。