[發明專利]一種基于環狀交織陣列的懸浮物動態監測方法與裝置

有效

• 申請號: 201710474523.3
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107144506B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 寧更新;寧秋燕;王波文;張軍;馮義志;季飛
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;G01N15/02;G01P5/24
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種基于環狀交織陣列的懸浮物動態監測方法與裝置，本發明采用的環狀多頻段交織陣列可結合多普勒效應在線測量懸浮物的濃度和線度分布、懸浮水體的三維流速，實現水質的實時監測。通過將所需測量的頻率范圍分成不同的頻段，利用不同的收發換能器陣列對測量信號進行發送和接收，能通過一次測量得出線度范圍相當大的各種懸浮物的濃度和線度分布。

技術領域

本發明涉及液體懸浮物動態監測技術領域，特別涉及一種基于環狀交織陣列的懸浮物動態監測方法與裝置。

背景技術

懸浮物濃度是水環境質量的重要影響因素之一，也是環境監測的一項重要指標。同時，懸浮物的沉降，也會形成藻類污染事件。水下懸浮物濃度和速度的檢測技術，特別是多尺度分辨懸浮物的檢測技術，對水污染的防治和海洋經濟的發展有重要意義。

對于懸浮物的檢測，目前市場已有現成的測試儀器和方法。第一，重量法通過采樣、過濾、烘干、稱重等過程測量懸浮物濃度，測量準確，操作簡單，但是采樣條件和測定條件都會對測量結果的準確性產生影響，少量點的數據也難以反映大范圍水域水質的變化和分布情況。第二，光學法利用光的衰減和散射來測量懸浮物濃度，但一般使用的光學儀器設備精細，成本高，同時光在水中的光學性質會隨著水中懸浮物濃度的變化而變化，因此也限制了光學法的應用。第三，遙感技術通過衛星或航空遙感信息進行大面積范圍內水質情況(包括懸浮物含量)的空間分布及動態的定量分析，具有宏觀、大面積、周期性動態監測的特點。但是，衛星遙感的數據需要用現場數據進行驗證，同時與現場數據建立模型，這仍然對懸浮物濃度和線度測量的實時、方便快捷性以及廣泛使用產生了限制。測試儀器如濁度儀，其標準儀器為杰克遜燭光濁度計，該濁度計只能直接用于測定濁度大于25度的水樣，對低濁水使用很不方便，測得結果往往因人而異。此外，上述方法一般為單獨測量懸浮物濃度和線度，且沒有考慮懸浮物的運動。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于環狀交織陣列的懸浮物動態監測方法，利用不同的收發換能器陣列對測量信號進行發送和接收，能通過一次測量得出線度范圍相當大的各種懸浮物的濃度和線度分布。

本發明的另一目的在于提供一種基于上述方法的懸浮物動態監測裝置。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：

一種基于環狀交織陣列的懸浮物動態監測方法，包括以下步驟：

S1、發送測量信號；

測量裝置相對于地面處于靜止狀態，在含有懸浮物的水中豎直向下發送測量信號s(t)：

式中，A是信號的幅度，W是信號的單邊帶寬，f₀是信號的中心頻率，其功率譜圖在正半軸上為幅度為0.5A、帶寬為2W、中心頻率為f₀的矩形脈沖：

f₀-W＜f＜f₀+W；

每隔周期T發送一次，即發送頻率為F＝1/T，發送時長為T₀，T₀T；

s(t)頻率范圍應包含在所用發射換能器和接收換能器的頻率范圍中，且發射換能器正下方有一個反射體，以保證接收換能器能充分接收到反射信號；

S2、計算信號到達反射體時的頻率；

選取地面作為參考系，以超聲發射探頭S的位置為坐標原點，垂直地面向下為z方向建立空間直角坐標系，則S的坐標為(0,0,0)，反射體G的坐標為(0,0,z)，相應的多個接收換能器均和超聲發射探頭S在同一平面上；