一種采用高次諧波分量的adcp流速測(cè)速系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種ADCP流速測(cè)速系統(tǒng)，尤其涉及一種采用高次諧波分量的ADCP流速測(cè)速系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]ADCP,聲學(xué)多普勒流速剖面儀是近十年才發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用的流速測(cè)量?jī)x器，它是在改進(jìn)傳統(tǒng)的河流測(cè)量方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的產(chǎn)品?；诼暭{和雷達(dá)的基本原理及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，測(cè)得的水流速有著傳統(tǒng)測(cè)速儀都不能比擬的準(zhǔn)確性。它能直接測(cè)出河流斷面的流速剖面，測(cè)量時(shí)不擾動(dòng)流場(chǎng)，測(cè)驗(yàn)消耗少，測(cè)速范圍大，維修維護(hù)方便，其效率比傳統(tǒng)的方法提高幾十倍。它可應(yīng)用在諸如河流、湖泊、河口等淡水環(huán)境中，也可以應(yīng)用在海洋這樣的垂直剖面分布中。ADCP是根據(jù)聲學(xué)多普勒原理，用矢量合成法，測(cè)量流的垂直剖面分布，它所測(cè)得的每個(gè)水深單元的流速時(shí)該單元中心的平均流速。它對(duì)于合理地開(kāi)發(fā)利用水資源，使之造福于人類，實(shí)現(xiàn)自然界、社會(huì)和人類的可持續(xù)發(fā)展有著極其重要的意義。
[0003]目前的ADCP設(shè)備的技術(shù)原理都是以單頻方式工作方式，當(dāng)發(fā)射IMHz聲波時(shí)分析IMHz散射回波信號(hào)的多普勒頻率偏移，測(cè)算出水介質(zhì)的流速。為了增加探測(cè)距離，需要使用相對(duì)較低的發(fā)送工作頻率，致相應(yīng)地測(cè)量的準(zhǔn)確性受到影響。因此單頻工作無(wú)法兼顧測(cè)量距離和測(cè)量準(zhǔn)確性之間的矛盾。為了解決上述問(wèn)題，目前市場(chǎng)上使用雙頻工作的ADCP設(shè)備，但是該類設(shè)備實(shí)際上是使用了二套硬件系統(tǒng)，增加了設(shè)備的體積和重量也使設(shè)備的成本增加，此實(shí)用新型設(shè)計(jì)解決了以上兩個(gè)問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種采用高次諧波分量的ADCP流速測(cè)速系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高精度的流速測(cè)量。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用高次諧波分量的ADCP流速測(cè)速系統(tǒng)，包括DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊、數(shù)字信號(hào)編碼發(fā)送模塊、高次諧波采樣模塊、高通濾波器模塊、水聲換能器、大功率信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊、換能器阻抗匹配模塊、回波束接受信號(hào)放大模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換豐吳塊；
[0006]所述數(shù)字信號(hào)編碼發(fā)送模塊和所述大功率信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊相連，所述水聲換能器和所述大功率信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)換能器阻抗匹配模塊相連；所述換能器阻抗匹配模塊和所述回波束接受信號(hào)放大模塊相連，所述回波束接受信號(hào)放大模塊和所述高通濾波器模塊相連；所述高通濾波器模塊和所述高次諧波采樣模塊通過(guò)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連；所述高通濾波器模塊還和所述高次諧波采樣模塊直接相連；所述DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊和所述高次諧波采樣模塊相連；
[0007]所述數(shù)字信號(hào)編碼發(fā)送模塊用于發(fā)送一定頻率的編碼信號(hào)；
[0008]所述大功率信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊用于接收編碼信號(hào)并輸出相應(yīng)編碼的脈沖填充波信號(hào)，還用于調(diào)整所述水聲換能器輸入電壓；
[0009]所述換能器阻抗匹配模塊用于匹配所述大功率信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊的輸出阻抗和所述水聲換能器輸入阻抗；
[0010]所述水聲換能器用于接收脈沖填充波信號(hào)并輸出一定相應(yīng)頻率的超聲波束，所述超聲波束可與水介質(zhì)中的顆粒物質(zhì)發(fā)生作用并產(chǎn)生多普勒頻移散射信號(hào)；
[0011]所述回波束接受信號(hào)放大模塊用于接收超聲波束的散射信號(hào)并作放大處理；
[0012]所述高通濾波器模塊用于過(guò)濾無(wú)效的散射信號(hào)；
[0013]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將過(guò)濾后的散射信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；
[0014]所述高次諧波采樣模塊用于接受散射數(shù)字信號(hào)，所述高次諧波采樣模塊還用于輸出過(guò)濾范圍信號(hào)至高通濾波器模塊；
[0015]所述DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊用于處理散射數(shù)字信號(hào)；
[0016]所述水聲換能器的諧振頻率和所述脈沖填充波信號(hào)的頻率相同；
[0017]所述水聲換能器的工作功率大于所述水聲換能器的額定功率。
[0018]進(jìn)一步地，所述水聲換能器脈沖信號(hào)的重復(fù)周期為1-lOHz。
[0019]進(jìn)一步地，所述水聲換能器采用硬質(zhì)泡沫材料作為襯托。
[0020]有益效果:
[0021]1.本實(shí)用新型利用水聲換能器發(fā)射超聲波在其傳播過(guò)程中產(chǎn)生豐富的諧波分量，進(jìn)而接受這些諧波分量的散射作為有效測(cè)量信號(hào)。2.大功率信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)功率可控制性，以提高超聲波的輻射功率產(chǎn)生更多可控高次諧波，實(shí)現(xiàn)多頻率的測(cè)量。3.高通濾波器模塊，對(duì)接收到的散射信號(hào)進(jìn)行處理，保留了高次諧波信號(hào)來(lái)進(jìn)行信號(hào)分析。4.DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊對(duì)所接收到的散射信號(hào)的高次諧波進(jìn)行分析，利用各次諧波信號(hào)不同頻率的多普勒頻率偏移，既能保證測(cè)量精度，有能兼顧測(cè)量距離范圍。5.該結(jié)構(gòu)的ADCP流速測(cè)量系統(tǒng)相對(duì)于市場(chǎng)上的雙頻和多頻ADCP，制造成本更加低，體積更小。6.該流速測(cè)量系統(tǒng)使用硬質(zhì)泡沫材料作為襯托的聲學(xué)換能器模塊，提高了換能器的電聲轉(zhuǎn)換效率，有利于高次諧波信號(hào)的產(chǎn)生。
[0022]本實(shí)用新型通過(guò)提高ADCP發(fā)射系統(tǒng)的功率，使ADCP超聲波速在傳播過(guò)程中產(chǎn)生豐富的諧波分量；而后通過(guò)接收系統(tǒng)對(duì)接收到的各次諧波信號(hào)頻率進(jìn)行分析，計(jì)算出待測(cè)水介質(zhì)的流速分布。由于在相同測(cè)量位置上可以針對(duì)不同頻率進(jìn)行流速分析，提高了測(cè)量的可靠性；同時(shí)，通過(guò)使用高頻諧波信號(hào)進(jìn)行測(cè)量分析，可以達(dá)到減小探測(cè)單元尺寸、提高測(cè)量準(zhǔn)確性的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述；
[0024]圖1為本實(shí)用新型一種采用高次諧波分量的ADCP流速測(cè)速系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；
[0025]圖2為本實(shí)用新型一種采用高次諧波分量的ADCP流速測(cè)速系統(tǒng)實(shí)施例中聲學(xué)換能器發(fā)出IMHz頻率的8kPa時(shí)產(chǎn)生的回波頻率信號(hào)圖；
[0026]圖3為本實(shí)用新型一種采用高次諧波分量的ADCP流速測(cè)速系統(tǒng)實(shí)施例中聲學(xué)換能器發(fā)出IMHz頻率的36kPa時(shí)產(chǎn)生的回波頻率信號(hào)圖；
[0027]圖4為本實(shí)用新型一種采用高次諧波分量的ADCP流速測(cè)速系統(tǒng)實(shí)施例中聲學(xué)換能器發(fā)出IMHz頻率的70kPa時(shí)產(chǎn)生的回波頻率信號(hào)圖；
[0028]圖5為本實(shí)用新型一種采用高次諧波分量的ADCP流速測(cè)速系統(tǒng)實(shí)施例中聲學(xué)換能器發(fā)出IMHz頻率的IlOkPa時(shí)產(chǎn)生的回波頻率信號(hào)圖；
[0029]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0030]1-水聲換能器；2_換能器阻抗匹配模塊；3_回波束接受信號(hào)方法模塊；4_高通濾波器模塊；5_模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；6_高次諧波采樣模塊；7-DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊；8_大功率信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊；9_數(shù)字信號(hào)編碼發(fā)送模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。然而，需要說(shuō)明的是，說(shuō)明書中列出的許多細(xì)節(jié)僅僅是為了使讀者對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)或多個(gè)方面有一個(gè)透徹的理解，即便沒(méi)有這些特定的細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的這些方面。
[0032]本申請(qǐng)使用的“模塊”、“系統(tǒng)”等術(shù)語(yǔ)旨在包括與計(jì)算機(jī)相關(guān)的實(shí)體，例如但不限于硬件、固件、軟硬件組合、軟件或者執(zhí)行中的軟件。例如，模塊可以是，但并不僅限于:處理器上運(yùn)行的進(jìn)程、處理器、對(duì)象、可執(zhí)行程序、執(zhí)行的線程、程序和/或計(jì)算機(jī)。舉例來(lái)說(shuō)，計(jì)算設(shè)備上運(yùn)行的應(yīng)用程序和此計(jì)算設(shè)備都可以是模塊。一個(gè)或多個(gè)模塊可以位于執(zhí)行中的一個(gè)進(jìn)程和/或線程內(nèi)，一個(gè)模塊也可以位于一臺(tái)計(jì)算機(jī)上和/或分布于兩臺(tái)或更多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間。
[0033]圖1所示為本實(shí)用新型一種采用高次諧波分量的ADCP流速測(cè)速系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖，包括DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊7、數(shù)字信號(hào)編碼發(fā)送模塊9、高次諧波采樣模塊6、高通濾波器模塊4、水聲換能器1、大功率信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊8、換能器阻抗匹配模塊2、回波束接受信號(hào)放大模塊3和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5。數(shù)字信號(hào)編碼發(fā)送模塊9和大功率信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊8相連，水聲換能器I和大功率信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊8通過(guò)換能器阻抗匹配模塊2相連。換能器阻抗匹配模塊2和回波束接受信號(hào)放大模塊3相