一种基于环状交织阵列的悬浮物动态监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于环状交织阵列的悬浮物动态监测装置，包括操作模块、处理模块、收发模块和输出模块和电源；操作模块与处理模块连接，处理模块分别与收发模块以及输出模块相连；收发模块包括测量架、N个反射体和N个收发阵列；测量架用于将反射体以及不同的收发阵列连接固定；每个收发阵列包括一个发射换能器和M个接收换能器；同个收发阵列中接收换能器到发射换能器的距离相同，同个收发阵列中的收发换能器频率匹配；反射体位于不同收发阵列正下方。本实用新型专利技术利用不同的收发换能器阵列对测量信号进行发送和接收，能通过一次测量得出线度范围相当大的各种悬浮物的浓度和线度分布。

A dynamic monitoring device for suspended material based on annular interleaving array

The utility model discloses a suspension dynamic monitoring device based on circular array interleaving, including operation module, processing module, transceiver module and output module and power supply module; operation and processing module connected processing module is respectively connected with the transceiver module and output module; transceiver module comprises a measuring frame, a reflector and a N transceiver N array; measuring frame for receiving array reflector and different fixed connection; each transceiver array includes a transmitting transducer and a receiving transducer M; receiving transducer to the transmitting transducer distance with a transceiver array in the same frequency with a transceiver transceiver transducer array matching; reflector located in different transceiver arrays below. The utility model uses different transceiver transducer arrays to transmit and receive measurement signals, and can get the concentration and line distribution of various suspended solids with large linear range through a single measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种基于环状交织阵列的悬浮物动态监测装置
本技术涉及液体悬浮物动态监测
，特别涉及一种基于环状交织阵列的悬浮物动态监测装置。
技术介绍
悬浮物浓度是水环境质量的重要影响因素之一，也是环境监测的一项重要指标。同时，悬浮物的沉降，也会形成藻类污染事件。水下悬浮物浓度和速度的检测技术，特别是多尺度分辨悬浮物的检测技术，对水污染的防治和海洋经济的发展有重要意义。对于悬浮物的检测，目前市场已有现成的测试仪器和方法。第一，重量法通过采样、过滤、烘干、称重等过程测量悬浮物浓度，测量准确，操作简单，但是采样条件和测定条件都会对测量结果的准确性产生影响，少量点的数据也难以反映大范围水域水质的变化和分布情况。第二，光学法利用光的衰减和散射来测量悬浮物浓度，但一般使用的光学仪器设备精细，成本高，同时光在水中的光学性质会随着水中悬浮物浓度的变化而变化，因此也限制了光学法的应用。第三，遥感技术通过卫星或航空遥感信息进行大面积范围内水质情况(包括悬浮物含量)的空间分布及动态的定量分析，具有宏观、大面积、周期性动态监测的特点。但是，卫星遥感的数据需要用现场数据进行验证，同时与现场数据建立模型，这仍然对悬浮物浓度和线度测量的实时、方便快捷性以及广泛使用产生了限制。测试仪器如浊度仪，其标准仪器为杰克逊烛光浊度计，该浊度计只能直接用于测定浊度大于25度的水样，对低浊水使用很不方便，测得结果往往因人而异。此外，上述方法一般为单独测量悬浮物浓度和线度，且没有考虑悬浮物的运动。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于环状交织阵列的悬浮物动态监测装置，利用不同的收发换能器阵列对测量信号进行发送和接收，能通过一次测量得出线度范围相当大的各种悬浮物的浓度和线度分布。本技术的目的通过以下的技术方案实现：一种基于环状交织阵列的悬浮物动态监测装置，包括操作模块、处理模块、收发模块和输出模块和电源，电源为所有模块供电；操作模块与处理模块连接，处理模块分别与收发模块以及输出模块相连；收发模块包括测量架、N个反射体和N个收发阵列；测量架用于将反射体以及不同的收发阵列连接固定；收发阵列之间相隔一定的距离；每个收发阵列包括一个发射换能器和M个接收换能器，M≥3，所有换能器的信号发射面或接收面均位于同一水平面；每个收发阵列中的接收换能器都和发射换能器相连，同个收发阵列中接收换能器到发射换能器的距离相同，同个收发阵列中的收发换能器频率匹配；反射体位于不同收发阵列正下方，且N个反射体的反射面在同一水平面上；操作者通过操作模块输入对应的参数，处理模块根据参数信息产生各段测量信号，传送给收发模块中相应频段的收发阵列的发射换能器发射并控制发射换能器的发送周期；对于该收发阵列中发射换能器发射的信号，其对应的接收换能器阵列接收反射信号，传送给处理模块；处理模块计算出悬浮物的浓度和线度分布，同时，根据多普勒效应计算悬浮水体的三维流速；最后将测量出来的悬浮物的浓度和线度分布值、水体流速值传送给输出模块输出显示。优选的，收发阵列的数目N根据应用场景和测量的范围而定。优选的，每个发射换能器发送不同频率范围的测量信号，如需要测量的宽频率范围为[f1,fm]，则可将该宽频段分为N段[f1,f2]、[f3,f4]、……、[fm-1,fm]，使用N个发射换能器，第一换能器发送频率范围为[f1,f2]的测量信号s1(t)，第二换能器发送频率范围为[f3,f4]的测量信号s2(t)，依此类推；一个发射换能器对应一个收发阵列，对不同收发阵列进行测试，可估计出水体中悬浮物的浓度、线度分布以及速度。具体的，不同的频段可连续也可相隔一定的距离，且用于接收该测量信号的换能器也应为相应频段的接收换能器。优选的，固定反射体的测量架横架可上下调节高度。优选的，处理模块包括数字处理器、数模转换器及模数转换器。优选的，反射体采用利于信号反射的材料。优选的，测量架采用耐腐蚀的硬质材料。优选的，收发阵列之间用金属或塑料材料相连。本技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本技术通过将所需测量的频率范围分成不同的频段，利用不同的收发换能器阵列对测量信号进行发送和接收，能通过一次测量得出线度范围相当大的各种悬浮物的浓度和线度分布。2、采用的环状多频段交织阵列可结合多普勒效应在线测量悬浮物的浓度和线度分布、悬浮水体的三维流速，实现水质的实时监测。3、本技术采用的环状多频段交织阵列能实现不同频段信号的相互分离，能有效抑制不同频段的测量信号之间的干扰。4、本技术的反射体采用利于信号发射的材料，使接收换能器能接收到充分多的反射信号。5、本技术装置所需的部件都是易于获取的，相对于光学方法采用的光学设备，本装置成本低廉、可行性强。附图说明图1为装置模块组成及连接示意图；图2为装置的收发模块具体结构示意图；图3为环状收发阵列结构图；图4为测量装置的具体实施过程流程图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本技术作进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。实施例1一种基于环状交织阵列的悬浮物动态监测装置，包括操作模块101、处理模块102、收发模块103和输出模块104和电源，如图1所示。操作模块与处理模块连接，主要用于人机交互，根据应用场景选择：发射功率、各个换能器发射和接收所负责的频率范围、以及相应频段测量信号的信号频率、幅度和信号发送周期。处理模块分别与收发模块以及输出模块相连，它根据操作模块输入的指令进行数据处理，通过收发模块发出以及接收测量信号的波形和数据，对接收信号数据进行分析处理得出悬浮物浓度和线度分布、悬浮水体流速的测量结果，将结果传输给输出模块输出显示。处理模块包括数字处理器203、数模转换器201及模数转换器202。其中数字处理器203可以用DSP芯片或者ARM等实现，数模转换器(D/A)201和模数转换器(A/D)202也可以用DSP芯片实现。数字处理器根据操作模块的指令产生各段的测量信号传送给数模转换器201；另外，它从模数转换器202中获取接收信号的数据进行悬浮物的浓度和线度分布估计线度和流速估计；然后将估计的结果传送给输出模块输出。数模转换器和模数转换器充当数字处理器和收发模块的桥梁，将数字处理器产生的信号数模转换传给交织阵列发送，从收发模块接收信号进行模数转换传给数字处理器处理。收发模块103包括测量架303、反射体304和N个环状收发阵列(交织阵列)。环状收发阵列的数目N根据应用场景和测量的范围而定。测量架303用于将反射体304以及收发模块103中不同的收发阵列连接固定。如图2所示，收发阵列之间相隔一定的距离di(i＝1,2,…,N-1)，各段距离di可不相等，用金属或塑料材料连接固定，用于发送和接收不同频段的测量信号。每个收发阵列包括一个发射换能器301和三个(或三个以上)接收换能器302，如图3，每个收发阵列中的接收换能器302都和发射换能器301相连。所有收发阵列的发射换能器301和接收换能器302的信号发射面或接收面均在同一水平面上，即，不同收发阵列中所使用的换能器尺寸可能不等，但各个换能器的信号发射面或接收面均位于同一水平面。发射换能器301发送不同频率段的测量信号，并且各个频率段之间可以是连续的也可以是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于环状交织阵列的悬浮物动态监测装置，其特征在于，包括操作模块、处理模块、收发模块和输出模块和电源，电源为所有模块供电；操作模块与处理模块连接，处理模块分别与收发模块以及输出模块相连；收发模块包括测量架、N个反射体和N个收发阵列；测量架用于将反射体以及不同的收发阵列连接固定；收发阵列之间相隔一定的距离；每个收发阵列包括一个发射换能器和M个接收换能器，M≥3，所有换能器的信号发射面或接收面均位于同一水平面；每个收发阵列中的接收换能器都和发射换能器相连，同个收发阵列中接收换能器到发射换能器的距离相同，同个收发阵列中的收发换能器频率匹配；反射体位于不同收发阵列正下方，且N个反射体的反射面在同一水平面上。

【技术特征摘要】
1.一种基于环状交织阵列的悬浮物动态监测装置，其特征在于，包括操作模块、处理模块、收发模块和输出模块和电源，电源为所有模块供电；操作模块与处理模块连接，处理模块分别与收发模块以及输出模块相连；收发模块包括测量架、N个反射体和N个收发阵列；测量架用于将反射体以及不同的收发阵列连接固定；收发阵列之间相隔一定的距离；每个收发阵列包括一个发射换能器和M个接收换能器，M≥3，所有换能器的信号发射面或接收面均位于同一水平面；每个收发阵列中的接收换能器都和发射换能器相连，同个收发阵列中接收换能器到发射换能器的距离相同，同个收发阵列中的收发换能器频率匹配；反射体位于不同收发阵列正下方，且N个反射体的反射面在同一水平面上。2.根据权利要求1所述的悬浮物动态监测装置，其特征在于，收发阵列的数目N根据应用场景和测量的范围而定。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁更新，宁秋燕，王波文，张军，冯义志，季飞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44