[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种泥沙含量检测装置及检测方法，属于超声检测及分析技术领域，本发明主要利用沿流-固界面传播的一种特殊波-Scholte波的速度传播特性与流体密度的关系，通过测量Scholte波波速，间接测得所测河流底部流体密度，得出泥沙含量。

背景技术

随着环境的日益恶化，河流的泥沙问题也凸显严重。由河流泥沙淤积导致的问题涉及到对水库寿命、库区淹没、库尾段航道、港区的演变，坝区船闸、电站的正常运用，以及枢纽下游河床冲刷、水位降低、河道演变对防洪和航运的影响。因此，为了能很好的预测河流泥沙淤积隐情，对河底泥沙含量进行预测就显得尤为重要。水体泥沙含量的测量，在水利水电工程建设、水文观测预报、土壤侵蚀研究、水土流失治理等方面的研究，也具有重大的指导意义。

目前测量水体的泥沙含量的方法主要有：

(1)取样称重的方法：取一定体积的具有代表性的样品，经过预处理，然后烘干、称重，即可求知含沙量。

(2)机械法：利用振动学原理，根据谐振棒在不同含沙量的泥水中的振动周期不同，来推求含沙量。

(3)射线法：利用γ射线测量密度(浓度)和厚度的原理，介质对γ射线的吸收或散射的作用。光学法与射线法测量原理基本相同，主要是利用泥沙对光的吸收作用。

(4)电学方法：利用泥沙与水的混合物引起的介电常数差异的电物理特性，采用变介电常数电容式传感器原理，可将被测的泥沙含量的变化转换成电容的变化。

(5)超声检测方法：利用了超声波在媒质中传播时，由于媒质对声波的散射、吸收以及超声波自身的扩散因素，其能量(振幅、声强等)随距离增大而逐渐减小的原理。

另外还有脉冲回波方法，即反射回来的超声波由计数电路将电脉冲的数量记下来，所记下的数量与脉冲数成比例，即与沙粒成比例，从而可推求含沙量。

上述各种方法都在一定程度上可以实现对水体泥沙含量的检测，各有优缺点及适用范围。比如机械法测量原理简单，但仪器稳定性较差，零点漂移严重；光学方法比较精确，但会受诸如颗粒间互相遮掩，浓度分布不均等因素的影响，由于在深水处光线很暗，不利于深水下测量；电学方法对泥沙含量较小时不敏感；超声检测方法应用普遍，但是在精度以及测量范围方面还需进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种较已有方法测量更为精确、测量范围更为广泛的泥沙含量检测装置及检测方法。结合了流-固界面波传播距离远、沿河底界面传播的独到优势，通过测量Scholte波的波速，得出影响波速的因子之一-泥沙密度，即泥沙含量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于流-固界面波的泥沙含量检测装置及方法。

本发明方法是基于流-固界面波的传播波速会随流体密度的变化而变化，从而可以通过测量出流-固界面波的速度得出流体的密度。流-固界面波是指当超声波波长远小于流体及固体厚度(深度)时，能沿流固界面传播的波，其中包含流-固Scholte波。这种波的能量主要集中在流固界面附近，其传播距离较远，理论上传达距离可达公里级。目前已经广泛应用于了海洋及油井探测中。泥沙含量检测环境正好满足流-固界面波的传播条件。流-固界面波的特征方程为：