[发明专利]基于流-固界面波的泥沙含量检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种基于流-固界面波的泥沙含量检测装置，其特征是，包含

一产生超声脉冲信号的激励信号模块，

在所述激励信号模块的激励作用下产生多路Scholte波的信号发送模块，

信号接收模块，接收所述信号发送模块产生的多路Scholte波信号，

信号处理模块，将所述信号接收模块输出的信号进行处理，提取Scholte波的波速信号，

算法模块，用于将所述信号处理模块输出的信号计算得到泥沙含量。

2.根据权利要求1所述的基于流-固界面波的泥沙含量检测装置，其特征是，所述激励信号模块包含以信号发生器为核心的超声信号模块、以高频功率放大器为核心的功率放大模块。

3.根据权利要求1所述的基于流-固界面波的泥沙含量检测装置，其特征是，所述信号发送模块包含采用超声斜探头换能器激发产生多路Scholte波信号的Scholte波激发模块。

4.根据权利要求1所述的基于流-固界面波的泥沙含量检测装置，其特征是，所述信号接收模块包含与所述信号发送模块对应的多路检波模块。

5.根据权利要求1所述的基于流-固界面波的泥沙含量检测装置，其特征是，所述信号处理模块包含滤波模块、信号放大模块、信号采集模块、波速提取模块。

6.根据权利要求1所述的基于流-固界面波的泥沙含量检测装置，其特征是，所述算法模块包含用于初始化参数的数据初始化模块和用于计算泥沙含量的泥沙含量算法模块。

7.一种基于流-固界面波的泥沙含量检测方法，其特征是，包含以下步骤：

(1)根据流-固界面波的特征方程推导出

[(c2/ct2)2-2]2-41-c2/cl221-c2/ct22+(c/ct2)4G=0,]]>

其中，G=(1-φ)+ρ′φρ21-c2/cl2221-c2((1-φ)×103+ρ′φ)(1/(2.1954×109)×(1-φ)+βc′φ),]]>

式中，c_l2为河底固体侧的纵波波速，c_t2为河底固体侧的横波波速，ρ₂为河底的固体密度，β′_c为泥沙压缩系数，ρ′为泥沙颗粒密度，c为界面波波速即Scholte波波速，φ为泥沙在悬浮流体中的体积含量；G为便于简化公式设的一个中间参量；

(2)在对泥沙含量检测时，首先对测量领域的河底泥沙、固体侧性质参数测量一次，作为已知量，即河底固体侧的纵波波速c_l2和横波波速c_t2，以及河底的固体密度ρ₂，泥沙压缩系数β′_c，泥沙颗粒密度ρ′测量完成后，则上述特征方程的表达式中只含有界面波波速c和泥沙在悬浮流体中的体积含量φ；

在此基础上，通过测量界面波波速c，实现对泥沙含量φ的检测。

8.根据权利要求7所述的基于流-固界面波的泥沙含量检测方法，其特征是，测量界面波波速c的测量步骤为：

信号接收模块中的n路检波模块相隔距离依次为L₁₂、L₂₃、L₃₄、L₄₅…L_nn+1，分别与信号发送模块的Scholte波激发模块一一对应，接收Scholte波激发模块产生的Scholte波信号，

波速提取模块对信号采集模块采集的n路通道信号进行Scholte波初至时间定位，得到信号接收模块中对应n个子模块之间的Scholte波初至时间差，分别为Δt₁₂，Δt₂₃，，Δt₃₄，Δt₄₅，…，Δt_nn+1

得到测量区域的Scholte波平均波速：

c＝L₁₂/Δt₁₂+L₂₃/Δt₂₃+L₃₄/Δt₃₄+L₄₅/Δt₄₅+…+L_nn+1/Δt_nn+1。