[发明专利]一种基于环状交织阵列的悬浮物动态监测方法与装置

说明书

本发明公开了一种基于环状交织阵列的悬浮物动态监测方法与装置，本发明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。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。

技术领域

本发明涉及液体悬浮物动态监测技术领域，特别涉及一种基于环状交织阵列的悬浮物动态监测方法与装置。

背景技术

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。

发明内容

本发明的主要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方法，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。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述方法的悬浮物动态监测装置。

本发明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方法，包括以下步骤：

S1、发送测量信号；

测量装置相对于地面处于静止状态，在含有悬浮物的水中竖直向下发送测量信号s(t)：

式中，A是信号的幅度，W是信号的单边带宽，f₀是信号的中心频率，其功率谱图在正半轴上为幅度为0.5A、带宽为2W、中心频率为f₀的矩形脉冲：

f₀-W＜f＜f₀+W；

每隔周期T发送一次，即发送频率为F＝1/T，发送时长为T₀，T₀T；

s(t)频率范围应包含在所用发射换能器和接收换能器的频率范围中，且发射换能器正下方有一个反射体，以保证接收换能器能充分接收到反射信号；

S2、计算信号到达反射体时的频率；

选取地面作为参考系，以超声发射探头S的位置为坐标原点，垂直地面向下为z方向建立空间直角坐标系，则S的坐标为(0,0,0)，反射体G的坐标为(0,0,z)，相应的多个接收换能器均和超声发射探头S在同一平面上；