利用水声衰减频谱测量水浑浊度的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了利用水声衰减频谱测量水浑浊度的装置及方法，装置包括电路盒、显示设备、电缆、发射换能器和接收换能器，电路盒通过电缆分别与发射换能器和接收换能器连接；还包括椭球形腔体、设置于椭球形腔体内的Ｔ形通道；发射换能器和接收换能器分别位于椭球形腔体的两个焦点处；电缆内置于Ｔ形通道内部；Ｔ形通道的横向两端安装有密封件，发射换能器和接收换能器分别安装在Ｔ形通道的横向两端，Ｔ形通道的竖向端连接于椭球形腔体底端，并设有一个用于引出电缆的出线孔。本发明专利技术提高了浑浊度测量的精度；并采用椭球形腔体，发射、接收换能器分别放置在椭球两个焦点，使得水声传输路径相同，克服了水声多径时延效应。

Device and method for measuring turbidity of water by using underwater acoustic attenuation spectrum

The invention discloses a device and a method using acoustic attenuation spectrum measurement of water turbidity, including device circuit box, display device, cable, transmitting transducer and a receiving transducer, a circuit box and a transmitting transducer and a receiving transducer connected by cables; also includes a T shaped channel set ellipsoidal cavity, in ellipsoidal cavity; two a focal point of a transmitting transducer and a receiving transducer are respectively located in the ellipsoidal cavity; the cable is built into the T shaped channel inside; a seal is installed at both ends of the transverse T channel, lateral ends of a transmitting transducer and a receiving transducer are respectively arranged on the T channel, T channel vertical end is connected to the ellipsoidal cavity bottom. And is provided with an outlet hole for cables. The invention improves the turbidity measurement accuracy; and the ellipsoidal cavity, transmitting and receiving transducers were placed in two ellipsoidal focus, the acoustic transmission path, to overcome the multi-path delay effect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水浑浊度检测的
，具体涉及一种利用水声衰减频谱测 量海水或淡水浑浊度的装置及方法。
技术介绍
浑浊度是反映水中非溶性物质微粒的含量，是衡量水质好坏的最重要参数 之一。浑浊度可用于衡量水处理或别的工业生产中水的澄清、过滤等过程是否 达标的标志物理量。对浑浊度的测量，在线和离线(实验室用的)多数采用光学方法。但是利 用光学方法测量浑浊度，其结果决定于构成浑浊液的粒子的大小、形状、颜色 和折射率，很容易受到可溶性色度的影响，且当水或透明液体浊度较大时由于 遮挡原因等因素容易造成测量不准确，且深海压力会对设备在耐压和密封等方 面提出更高的要求。于2006年7月12日公开的中国专利技术专利申请CN1800819A，提出了一种圆 柱形的封闭腔体的海洋声学浊度传感器，该装置利用水声脉冲的传播衰减度跟 浑浊度成比例关系，通过测量水声在水中的衰减和对比已有的参考频谱来测量 水的浑浊度，且该装置不易受耐压、密封等条件的限制。但这种装置存有一些 不足1、测量灵敏度不够高，对于低浑浊度的水来说，传播衰减程度相差不大， 难以从衰减中得出浑浊度；2、容易产生多径效应，产生较大的数据接收误差； 3、待测水不是被封闭在一个腔体内，容易受外界噪声干扰，突发误差较大，测 量稳定性不好；4、得到的数据比较单一片面，只能获得某个频率的水声衰减频 谱，不能很全面地反映不同水质对不同频率水声衰减的影响。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷与不足，本专利技术的目的是提出一种利用水声衰减频谱 测量水浑浊度的装置及方法，本专利技术采用扫频电路，测量声音在水声信道传输 过程中产生的衰减频谱，对比已有的水声衰减频谱经验曲线，得到浑浊度，以提高浑浊度测量的精度；采用椭球形腔体，把待测水封闭在椭球形腔体内，发 射、接收换能器分别放置在椭球的两个焦点，使得水声传输的路径相同，克服 了水声多径时延效应。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案利用水声衰减频谱测量水 浑浊度的装置，包括电路盒、显示设备、电缆、发射换能器和接收换能器，电 路盒通过电缆分别与发射换能器和接收换能器连接，还包括椭球形腔体、设置 于椭球形腔体内的T形通道；所述发射换能器和接收换能器分别位于椭球形腔 体的两个焦点处；所述电缆内置于T形通道内部；T形通道的横向两端安装有 密封件，发射换能器和接收换能器分别安装在T形通道的横向两端，T形通道的竖向端连接于椭球形腔体底端，并设有一个用于引出电缆的出线孔。 所述电路盒包括中央处理器，以及分别与中央处理器连接的基带信号源、扫频电路、频谱分析电路、存储器，其中中央处理器与显示设备连接，基带信号源还与发射换能器连接，扫频电路还与接收换能器连接。所述椭球形腔体的顶部还有注水开关，开关处还设有温度传感器。所述椭球形腔体内侧面涂有反射系数为0.6-0.9的物质。利用水声衰减频谱测量水浑浊度的方法，包括以下步骤步骤l、打开位于椭球形腔体顶端的注水开关，将待测浑浊度的水注满整个腔体，关闭注水开关，同时利用温度传感器测量水的温度；步骤2、基带信号源在一个频率范围内，将从低频到高频发出的水声基带信 号传输到位于椭球焦点处的发射换能器，由发射换能器将水声基带信号发射出 去；步骤3、水声基带信号到达椭球形腔体内表面后被反射，接收换能器采集发 射信号，然后由扫频电路将不同频率的反射信号进行扫描，形成在歩骤2所述 频率范围内的水声反射衰减频谱；步骤4、中央处理器结合步骤l中已测的温度，将步骤3所得的水声反射衰 减频谱与存储在存储器中的浑浊水声经验衰减频谱进行对比和分析，得到腔体中水的浑浊度；步骤5、中央处理器将与水声反射衰减频谱最接近的浑浊水声经验衰减频 谱，以及该浑浊水声经验衰减频谱对应的水质参数，传送到显示设备进行显示。优选地，步骤2所述的发射换能器在120度的角度范围内将水声基带信号 发射出去。优选地，步骤5所述的水质参数为温度、盐度、浑浊度。 本专利技术将声学原理应用到浑浊度测量中，既能克服光学浑浊度测量器易受到可溶性色度的影响和水或透明液体浑浊度太大时由于遮挡等因素影响准确测量的不足，提高测量精度；又能克服专利申请CN1800819A中所披露技术方案 的不足。其具体优点及有益效果在于1、 采用椭球型结构，发射、接收换能器分别安置于椭球的两个焦点处，信 号从发射点到接收点的时间一致，克服了多径时延效应带来的严重干扰。2、 待测水被封闭在一个腔体内，不受外界噪声干扰。3、 发射换能器在一个频率范围内从低频到高频不断地发射水声信号，接收 换能器通过扫频电路得到全面的数据，反映了不同介质对不同频率水声信号的 吸收情况，从而更全面地反映出水中杂质的情况。4、 水声扫频的测量，有利于克服固定频率噪声的干扰，使测量更加精确。附图说明图1是本专利技术装置的结构正面示意图； 图2是本专利技术装置的结构侧面示意图； 图3是本专利技术装置的电原理结构框图； 图4是本专利技术装置工作原理图； 图5是本专利技术方法流程图。具体实施例方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方 式不限于此。 实施例如图1所示，本专利技术装置的具体结构如下包括具有封闭端面的用不锈钢 加工而成的椭球形腔体1，分别位于椭球形腔体的两个焦点处的发射换能器4和 接收换能器5，设置于腔体l内的T形通道2，设置在腔体1外部的电路盒3， 与电路盒3连接的显示设备8，电路盒3通过内置于T形通道2内部的电缆7 分别与发射换能器4和接收换能器5连接。其中，T形通道2的横向两端安装有 密封件，发射换能器4和接收换能器5分别安装在T形通道2的横向两端，即T 形通道2的横向两端分别位于椭球形腔体的两个焦点处；竖向端连接于椭球形 腔体底端，并设有一个用于引出电缆7的出线孔。椭球形腔体1为不锈钢材料， 测量待测液体浑浊度的过程中，能有效防止深水处压强、涡流、周围噪声等因 素的影响；腔体内侧面涂有能将信号反射的反射系数(0.6~0.9)很大的物质。如图2所示，T形通道2的通道横截面为圆形，发射换能器4和接收换能器5粘贴在T形通道横向两端。发射换能器4和接收换能器5可以互换使用，即发 射换能器4可作为接收换能器来接收声波信号，接收换能器5可作为发射换能 器来使用，二者可通过电路盒3控制其交换使用。在椭球形腔体1的顶部还有 一个注水开关6，用于将待测浑浊度的水注入椭球形腔体1内；开关处还设有温 度传感器，所以该装置还可以同时测量水的温度。如图3所示，电路盒包括中央处理器，以及分别与中央处理器连接的基带 信号源、扫频电路、频谱分析电路、存储器，其中中央处理器与显示设备连接， 基带信号源还与发射换能器连接，扫频电路还与接收换能器连接。发射换能器 在特定范围内从低频到高频连续发出基带信号源所产生的基带信号；接收换能 器釆集从椭球形腔体内侧反射回来的信号，并将其传输给扫频电路。结合图1 来看，电路盒3所输出的基带信号通过内置于T形通道2内部的电缆7传输到 发射换能器4发射，而接收换能器5采集到的反射信号也通过电缆7引至电路 盒3的扫频电路，然后在中央处理器处理后得到水声衰减频谱，并通过显示设 备8显示。如图4所示，本专利技术装置的工作原理是声波在腔体的水中传播时，由于腔体内表面存在反射，声源与接收点之间存在一个以上声传播途径，这就是多 径传播。在接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用水声衰减频谱测量水浑浊度的装置，包括电路盒、显示设备、电缆、发射换能器和接收换能器，电路盒通过电缆分别与发射换能器和接收换能器连接，其特征在于：还包括椭球形腔体、设置于椭球形腔体内的Ｔ形通道；所述发射换能器和接收换能器分别位于椭球形腔体的两个焦点处；所述电缆内置于Ｔ形通道内部；Ｔ形通道的横向两端安装有密封件，发射换能器和接收换能器分别安装在Ｔ形通道的横向两端，Ｔ形通道的竖向端连接于椭球形腔体底端，并设有一个用于引出电缆的出线孔。

【技术特征摘要】
1.利用水声衰减频谱测量水浑浊度的装置，包括电路盒、显示设备、电缆、发射换能器和接收换能器，电路盒通过电缆分别与发射换能器和接收换能器连接，其特征在于还包括椭球形腔体、设置于椭球形腔体内的T形通道；所述发射换能器和接收换能器分别位于椭球形腔体的两个焦点处；所述电缆内置于T形通道内部；T形通道的横向两端安装有密封件，发射换能器和接收换能器分别安装在T形通道的横向两端，T形通道的竖向端连接于椭球形腔体底端，并设有一个用于引出电缆的出线孔。2. 根据权利要求1所述的利用水声衰减频谱测量水浑浊度的装置，其特征 在于所述T形通道的通道横截面为圆形。3. 根据权利要求1所述的利用水声衰减频谱测量水浑浊度的装置，其特征在于所述发射换能器和接收换能器粘贴在T形通道横向两端。4. 根据权利要求1所述的利用水声衰减频谱测量水浑浊度的装置，其特征在于所述电路盒包括中央处理器，以及分别与中央处理器连接的基带信号源、扫频电路、频谱分析电路、存储器，其中中央处理器与显示设备连接，基带信 号源还与发射换能器连接，扫频电路还与接收换能器连接。5. 根据权利要求4所述的利用水声衰减频谱测量水浑浊度的装置，其特征在于所述椭球形腔体的顶部还有注水开关，开关处还设有温度传感器。6. 根据权利要求1所述的利用水声衰减频谱测量水浑浊度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦岗，曾令创，徐小碧，曹燕，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[]