[发明专利]基于超声功率谱估计的液体悬浮物浓度测量方法与装置

说明书

本发明公开的基于超声功率谱估计的液体悬浮物浓度测量方法，其特征在于，包含以下步骤：获取收发探头特性；分段发送各段LFM信号；接收测量信号；对接收的测量信号进行功率谱估计；计算悬浮物线度的相对大小以及SSC的相对分布。本发明的测量方法，利用宽频带LFM超声信号构造测量信号，测量信号在液体中传播时会受到悬浮物的反射和绕射等作用，接收信号相对于测量信号会产生频谱衰减，基于功率谱估计方法对接收信号进行谱分析，根据衰减频谱估计出液体中悬浮物线度的相对大小以及浓度的相对分布。

技术领域

本发明涉及液体悬浮物浓度测量，特别涉及基于超声功率谱估计的液体悬浮物浓度测量方法与装置。

背景技术

近年来，水体悬浮物超标问题日益加重，由于超标的悬浮物会严重危害生物体的健康与生态环境的发展，人们也更加重视水质的检测与评估，并提出了很多测量悬浮物浓度(以下简称SSC)的方法。目前测量SSC的常用方法有过滤重量法、声学法、光学法和遥感技术。

第一，过滤重量法通过采样、过滤、烘干、称重等过程测量SSC，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，并且该方法只能获得在时间和空间上都很离散的少量点的数据，难以反映大范围水域水质的变化和分布情况。第二，声学法通过分析一定浓度下的声学后向散射强度来确定SSC，可以直观快速、大面积地对悬浮物进行测量。但是，该方法大部分采用单频信号或者窄脉冲信号，虽然窄脉冲信号有宽频特性但它并不容易产生，而且不是频谱等幅宽频信号；另外该方法即使采用宽频信号，使用的测量装置大多利用一个换能器，收发信号的带宽受到换能器限制。第三，光学法利用光的衰减和散射来测量SSC，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SSC的变化而变化，因此也限制了光学法的应用。而且，所有的单频仪器(声学或光学)都有一个缺陷，即无法区分悬浮物线度和浓度的变化。第四，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SSC测量的实时、方便快捷性以及广泛使用产生了限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供基于超声功率谱估计的液体悬浮物浓度测量方法。

本发明的另一目的在于提供基于超声功率谱估计的液体悬浮物浓度测量装置。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

基于超声功率谱估计的液体悬浮物浓度测量方法，包含以下步骤：

S1、获取收发探头特性；

S2、分段发送各段LFM信号；

S3、接收测量信号；

S4、对接收的测量信号进行功率谱估计；

S5、计算悬浮物线度的相对大小以及SSC的相对分布。

所述基于超声功率谱估计的液体悬浮物浓度测量方法，具体包含以下步骤：

步骤1：获取收发探头特性

首先在纯净水中进行收发频率范围为[f₀,f_n]的LFM信号；通过宽频带LFM信号作为发射信号(即测量信号)s(t)：

式中，A是信号的幅度，f₀为初始频率，b为调频系数，T是信号的时间长度，其中f₀、b和T确定了线性调频信号的频率范围_f为：

f₀≤f≤f₀+bT (2)