[发明专利]一种基于脉冲管的悬浮泥沙散射强度测量装置

说明书

本发明提供一种基于脉冲管的悬浮泥沙散射强度测量装置，包括管口夹、隔膜、试样管、进流管、射流管、水泵、溢流槽，管口夹放置于脉冲管的顶端，隔膜放置于脉冲管与试验管之间，试样管放置于管口夹之上，进流管的一端连接溢流槽，进流管的另一端连接水泵，射流管的一端连接试样管，射流管的另一端连接水泵，溢流槽安装在试样管的顶端；本发明解决了以往在自由场中测量悬浮泥沙散射强度时，样本制作工程量大、难以控制悬浮泥沙浓度均匀等问题，通过对纯水和悬浮泥沙水的反射声信号进行测量分析，提高了实验测量的精度，提出了利用脉冲管测量水介质散射强度的新方法，开辟了在实验室中利用脉冲管进行声学实验的新方向。

技术领域

本发明涉及一种基于脉冲管的悬浮泥沙散射强度测量装置，属于声学测量领域。

背景技术

目前，多波束声呐均具备测深和分辨率的能力，能够完成海洋的测深和海底地形的测绘工作，未来将向着底质目标分类的方向发展(见国家重点研发计划---海洋声探测关键计量标准及溯源技术研究，2016YFF0200900)。多波束声呐在进行底质目标探测时，经常会遇到海底附近小颗粒泥沙组成的“悬浮体”的声散射，即体积混响，这是声探测过程中的最大障碍，特别是对于高频(150kHz以上)的多波束声呐，悬浮泥沙的强烈声散射可使得底质目标的分层探测工作失败。若降低悬浮泥沙造成的这种声学干扰，最可行的方法就是采用频率较低的多波束声呐，因为散射强度与频率的四次方成正比(满足瑞利散射时)，而若要定量描述悬浮泥沙的声散射对多波束声呐的影响，则需要精确测定其散射强度。

以往测定悬浮泥沙散射强度的方法是利用一个无指向性的收发合置换能器，利用该换能器发射CW脉冲，然后由电子转换开关切换换能器至接收状态，进而得到悬浮泥沙的散射信号，实现实验测量。但是，该方法难以测量不同浓度悬浮泥沙的声散射强度，因为所需要的样本数量太大，例如测量距离发射声源1m处、1ms脉宽声散射强度，需要的样本水体积最少是65m³，因此，这种方法一般均在海试中使用。此外，该方法的难点还在于：悬浮泥沙浓度的均匀性控制，对于如此大样本的体积来说，保持悬浮泥沙浓度均匀是非常困难的。

此外，还有利用光学成像法或声学成像法(B型超声)测量悬浮泥沙的浓度，这些方法所用的光学及声学频率甚高，不足以对低频段下悬浮泥沙的散射强度测量提供技术支撑。

脉冲管是一种标准的声学测量装置，主要用于测量声学覆盖层或特性阻抗跟水接近样品的反射系数、透射系数和吸声系数，其特点是利用发射声波的频率在行波管所成波导的下限频率之下，从而在脉冲管中只能传播平面波，进而得到在平面波入射条件下样品的各种声学参数。在船舶行业标准(CB20113-2014)只规定了如何在脉冲管和行波管中测量消声瓦的反射系数、透射系数和吸声系数；在国家标准(GB/T32523-2016)只规定了如何在脉冲管和行波管中测量平面层状水声材料(或构件)的声压反射系数、声压透射系数和吸声系数，这两个标准尚未涉及悬浮泥沙散射强度的测量。

因为水中可悬浮的泥沙粒径相对较小，浓度相对较低，例如长江口南支边滩的观测表明，距离海底20cm层的涨、落潮的平均含沙量为0.30g/L和0.14g/L(见李占海，长江口南支边滩悬沙级配的现场与室内观测结果的比较分析，泥沙研究，2010)，该研究表明：含悬浮泥沙水的密度跟纯水的密度是相等的，加之悬浮泥沙对水的声速影响能力有限，使得纯水与悬沙水的特性阻抗非常接近，因此，满足脉冲管法测量声学特性的基本要求。但遗憾的是，尚未开展利用脉冲管测量悬浮泥沙散射强度方面的研究。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于脉冲管的悬浮泥沙散射强度测量装置。