一種采用高次諧波分量的adcp流速測速系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種ADCP流速測速系統，尤其涉及一種采用高次諧波分量的ADCP流速測速系統。
【背景技術】
[0002]ADCP,聲學多普勒流速剖面儀是近十年才發展并得到廣泛應用的流速測量儀器，它是在改進傳統的河流測量方法的基礎上發展起來的產品。基于聲納和雷達的基本原理及數字信號處理技術，測得的水流速有著傳統測速儀都不能比擬的準確性。它能直接測出河流斷面的流速剖面，測量時不擾動流場，測驗消耗少，測速范圍大，維修維護方便，其效率比傳統的方法提高幾十倍。它可應用在諸如河流、湖泊、河口等淡水環境中，也可以應用在海洋這樣的垂直剖面分布中。ADCP是根據聲學多普勒原理，用矢量合成法，測量流的垂直剖面分布，它所測得的每個水深單元的流速時該單元中心的平均流速。它對于合理地開發利用水資源，使之造福于人類，實現自然界、社會和人類的可持續發展有著極其重要的意義。
[0003]目前的ADCP設備的技術原理都是以單頻方式工作方式，當發射IMHz聲波時分析IMHz散射回波信號的多普勒頻率偏移，測算出水介質的流速。為了增加探測距離，需要使用相對較低的發送工作頻率，致相應地測量的準確性受到影響。因此單頻工作無法兼顧測量距離和測量準確性之間的矛盾。為了解決上述問題，目前市場上使用雙頻工作的ADCP設備，但是該類設備實際上是使用了二套硬件系統，增加了設備的體積和重量也使設備的成本增加，此發明設計解決了以上兩個問題。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種采用高次諧波分量的ADCP流速測速系統，該測量系統可實現高精度的流速測量。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用高次諧波分量的ADCP流速測速系統，包括DSP數字信號處理模塊、數字信號編碼發送模塊、高次諧波采樣模塊、高通濾波器模塊、水聲換能器、大功率信號驅動模塊、換能器阻抗匹配模塊、回波束接受信號放大模塊和模數轉換模塊；
[0006]所述數字信號編碼發送模塊和所述大功率信號驅動模塊相連，所述水聲換能器和所述大功率信號驅動模塊通過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放大模塊相連，所述回波束接受信號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所述模數轉換模塊相連；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數字信號處理模塊和所述高次諧波采樣模塊相連；
[0007]所述數字信號編碼發送模塊用于發送一定頻率的編碼信號；
[0008]所述大功率信號驅動模塊用于接收編碼信號并輸出相應編碼的脈沖填充波信號，還用于調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驅動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并輸出一定相應頻率的超聲波束，所述超聲波束可與水介質中的顆粒物質發生作用并產生多普勒頻移散射信號；
[0011]所述回波束接受信號放大模塊用于接收超聲波束的散射信號并作放大處理；
[0012]所述高通濾波器模塊用于過濾無效的散射信號；
[0013]所述模數轉換模塊用于將過濾后的散射信號轉化為相應的數字信號；
[0014]所述高次諧波采樣模塊用于接受散射數字信號，所述高次諧波采樣模塊還用于輸出過濾范圍信號至高通濾波器模塊；
[0015]所述DSP數字信號處理模塊用于處理散射數字信號；
[0016]所述水聲換能器的諧振頻率和所述脈沖填充波信號的頻率相同；
[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]進一步地，所述水聲換能器脈沖信號的重復周期為1-lOHz。
[0019]進一步地，所述水聲換能器采用硬質泡沫材料作為襯托。
[0020]有益效果:
[0021]1.本發明利用水聲換能器發射超聲波在其傳播過程中產生豐富的諧波分量，進而接受這些諧波分量的散射作為有效測量信號。2.大功率信號驅動模塊實現對驅動功率可控制性，以提高超聲波的輻射功率產生更多可控高次諧波，實現多頻率的測量。3.高通濾波器模塊，對接收到的散射信號進行處理，保留了高次諧波信號來進行信號分析。4.DSP數字信號處理模塊對所接收到的散射信號的高次諧波進行分析，利用各次諧波信號不同頻率的多普勒頻率偏移，既能保證測量精度，有能兼顧測量距離范圍。5.該結構的ADCP流速測量系統相對于市場上的雙頻和多頻ADCP，制造成本更加低，體積更小。6.該流速測量系統使用硬質泡沫材料作為襯托的聲學換能器模塊，提高了換能器的電聲轉換效率，有利于高次諧波信號的產生。
[0022]本發明通過提高ADCP發射系統的功率，使ADCP超聲波速在傳播過程中產生豐富的諧波分量；而后通過接收系統對接收到的各次諧波信號頻率進行分析，計算出待測水介質的流速分布。由于在相同測量位置上可以針對不同頻率進行流速分析，提高了測量的可靠性；同時，通過使用高頻諧波信號進行測量分析，可以達到減小探測單元尺寸、提高測量準確性的目的。
【附圖說明】
[0023]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的描述；
[0024]圖1為本發明一種采用高次諧波分量的ADCP流速測速系統實施例的結構框圖；
[0025]圖2為本發明一種采用高次諧波分量的ADCP流速測速系統實施例中聲學換能器發出IMHz頻率的8kPa時產生的回波頻率信號圖；
[0026]圖3為本發明一種采用高次諧波分量的ADCP流速測速系統實施例中聲學換能器發出IMHz頻率的36kPa時產生的回波頻率信號圖；
[0027]圖4為本發明一種采用高次諧波分量的ADCP流速測速系統實施例中聲學換能器發出IMHz頻率的70kPa時產生的回波頻率信號圖；
[0028]圖5為本發明一種采用高次諧波分量的ADCP流速測速系統實施例中聲學換能器發出IMHz頻率的IlOkPa時產生的回波頻率信號圖；
[0029]附圖標記說明
[0030]1-水聲換能器；2_換能器阻抗匹配模塊；3_回波束接受信號方法模塊；4_高通濾波器模塊；5_模數轉換模塊；6_高次諧波采樣模塊；7-DSP數字信號處理模塊；8_大功率信號驅動模塊；9_數字信號編碼發送模塊。
【具體實施方式】
[0031]為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優選實施例，對本發明進一步詳細說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細節僅僅是為了使讀者對本發明的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細節也可以實現本發明的這些方面。
[0032]本申請使用的“模塊”、“系統”等術語旨在包括與計算機相關的實體，例如但不限于硬件、固件、軟硬件組合、軟件或者執行中的軟件。例如，模塊可以是，但并不僅限于:處理器上運行的進程、處理器、對象、可執行程序、執行的線程、程序和/或計算機。舉例來說，計算設備上運行的應用程序和此計算設備都可以是模塊。一個或多個模塊可以位于執行中的一個進程和/或線程內，一個模塊也可以位于一臺計算機上和/或分布于兩臺或更多臺計算機之間。
[0033]圖1所示為本發明一種采用高次諧波分量的ADCP流速測速系統實施例的結構框圖，包括DSP數字信號處理模塊7、數字信號編碼發送模塊9、高次諧波采樣模塊6、高通濾波器模塊4、水聲換能器1、大功率信號驅動模塊8、換能器阻抗匹配模塊2、回波束接受信號放大模塊3和模數轉換模塊5。數字信號編碼發送模塊9和大功率信號驅動模塊8相連，水聲換能器I和大功率信號驅動模塊8通過換能器阻抗匹配模塊2相連。換能器阻抗匹配模塊2和回波束接受信號放大模塊3相連，回波束接