[發(fā)明專利]一種基于時間頻率同步測量原理的海流流速測量儀器

在審

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• 申請日: 2022-06-28
• 公開（公告）號: CN115201511A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設計）人: 賀同福;李崇;宋大雷;王向東;劉曉源;孫兆陽;孫浩杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24
• 代理公司: 青島智地領創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

本發(fā)明公開一種基于時間頻率同步測量原理的海流流速測量儀器，所述測量儀器包括6個超聲波換能器、換能器連接桿、電子耐壓倉和通訊纜接頭，超聲波換能器既能實現(xiàn)超聲波的發(fā)送，又能實現(xiàn)超聲波的接收，超聲波換能器連接桿頂部和底部分別設置有3個延伸臂爪，底部的延伸臂爪長度要大于頂部延伸臂爪的長度，超聲波換能器的結(jié)構(gòu)布局為正四面體結(jié)構(gòu)，換能器連接桿頂端3個超聲波換能器，形成Janus結(jié)構(gòu)，換能器連接桿頂部和底部的3個延伸臂爪是均勻分布且相互對應的。本發(fā)明將聲學多普勒頻率法和聲學時差法的兩者測流儀器的換能器布局結(jié)合起來，使其既可以實現(xiàn)對多普勒反射頻率的接收，又可以實現(xiàn)對時差法順逆流傳播時間的測量。

技術領域

本發(fā)明涉及一種海水流速測量儀器，尤其本發(fā)明涉及一種基于時間頻率同步測量原理的海流流速測量儀器。

背景技術

進行海流觀測應用最廣泛的海洋儀器是超聲波聲學原理的海流計，包括多普勒聲學頻率法海流計和時差法聲學原理海流計。多普勒海流計優(yōu)點是不容易受到外界擾流的影響，測量的數(shù)據(jù)精度準確，可測量三維流速，測量效率高，缺點是有測量盲區(qū)，借助于水中微粒的反射才能測流速，清水中不適合測流。這樣就很難完成全球深海大洋海洋環(huán)境各參數(shù)全面獲取這樣的科學需求。聲學時差原理的海流計擁有ADCP海流計的測流精度且適合多種水體條件下的測流。缺點是為單點式測量，流速測量范圍小，產(chǎn)生的流速等數(shù)據(jù)不夠具體，對數(shù)據(jù)分析處理會有一定影響，海流流經(jīng)儀器附近時換能器連接桿處的流體會對數(shù)據(jù)準確度有影響。而這兩種海流計的共同缺陷是在移動平臺測流時需要配合其他儀器(如GPS,DVL等)的使用才能測得海流的絕對流速，因此，本發(fā)明提出一種基于時間頻率同步測量原理的海流流速測量儀器，在聲學海流計上實現(xiàn)時間頻率的同步測量，同時實現(xiàn)海流相對流速和運動平臺速度的測量，進而計算得到海流的絕對流速。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺陷和不足，本發(fā)明提供了一種基于時間頻率同步測量原理的海流流速測量儀器，同時兼顧聲學多普勒原理和聲學時差法的特點，使發(fā)明的換能器結(jié)構(gòu)布局既可以實現(xiàn)對海水中微小顆粒反射信號的接收，又可以實現(xiàn)對超聲波信號在兩個換能器對之間傳播時間的測量。

一種基于時間頻率同步測量原理的海流流速測量儀器，所述測量儀器包括6個超聲波換能器、換能器連接桿、電子耐壓倉和通訊纜接頭，6個超聲波換能器為具有收發(fā)信號一體功能的超聲波換能器，超聲波換能器連接桿頂部和底部分別設置有3個延伸臂爪，底部的延伸臂爪長度要大于頂部延伸臂爪的長度，頂部的3個延伸臂爪和底部的3個延伸臂爪均均勻分布，頂部的延伸臂爪與底部的延伸臂爪相互一一對應的，六個超聲波換能器分別通過延伸臂爪與換能器連接桿固定連接，換能器連接桿底部通過連接桿延伸桿與電子耐壓倉相連接，電子耐壓倉上設置有與通訊纜連接的通訊纜接頭，頂部延伸臂爪連接的超聲波換能器與對應的底部延伸臂爪連接的超聲波換能器之間的連線構(gòu)成聲學時差法測量時所需的換能器對，實現(xiàn)順逆流傳播時間的測量。

進一步地，頂部延伸臂爪所連接的三個超聲波換能器形成Janus結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對水中粒子反射信號頻率的接收。

進一步地，頂部延伸臂爪連接的超聲波換能器與對應的底部延伸臂爪連接的超聲波換能器之間的連線與底座平面之間的夾角為45°，同一平面相鄰兩延伸臂爪之間的夾角為120°。

進一步地，頂部延伸臂爪連接的超聲波換能器與對應的底部延伸臂爪連接的超聲波換能器之間的連線長度為12cm。

進一步地，所述電子耐壓倉內(nèi)安裝有三維羅盤、電池組、傾斜傳感器、信號處理電路、發(fā)射電路以及接收電路。

進一步地，所述換能器連接桿與連接桿延伸桿固結(jié)，且兩者都采用采用不銹鋼材料。

有益效果：本發(fā)明的有益效果如下：

(1)本發(fā)明流速測量儀器采用了正四面體式的換能器布局格式，并且換能器的支撐結(jié)構(gòu)簡單且占空間小，其能夠有效避免測量儀器的擾流現(xiàn)象。再者，本發(fā)明流速測量儀器采用6個換能器，組成3個測量聲軸，三個聲軸能同時工作使其實時性更好。