[发明专利]一种基于新型多频超声探头的悬移质含沙量测量方法

权利要求书

1.一种基于新型多频超声探头的悬移质含沙量测量方法，其特征在于采用超声含沙量测量系统进行，所述超声含沙量测量系统包括浓度测量探头、信号采集传输系统、用户端，所述浓度测量探头承担信号接收和发射作用，由4个不同频率的单频探头组成，采用内聚式组装，单个探头轴线与中轴线的夹角为30°，单频探头由超声整流块、发射晶片、接收晶片组成，由不锈钢外壳封装成为一体，所述信号采集传输系统用于将浓度测量探头采集的超声回波信号传送给用户端，所述方法包括如下步骤；

步骤一、实验室内标定：将浓度测量探头固定在固定支架上，然后伸入浓度未知的待测水体中，开始测量之前先利用搅拌器使待测水体内形成相对均匀的浓度场，待电路接通之后，打开用户端上相应的软件，调节参数直到界面上出现清晰正常的回波，进行数据采集和幅值计算，通过测量已知粒径分布不同浓度泥沙悬浊液的声信号，计算幅值，得到不同浓度条件下幅值与浓度之间的关系；

步骤二、野外实时浓度测量：选择铅鱼作为测量系统的载体，根据浓度测量探头的尺寸定做探头支架，将浓度测量探头固定在铅鱼上，在铅鱼内部预留空间用于放置数据采集传输系统，搭载有测量系统的铅鱼在待测河段放入水中，电路接通之后，在用户端上设置参数，进行数据采集以步骤一中标定的结果为基础，现场测量时针对标定结果中浓度和幅值关系，对实测幅值数据进行反演得到浓度值；

所述浓度测量探头中的发射晶片和接收晶片均是由压电复合材料制成；

幅值与浓度之间的关系如下：

SSC为背向散射系统测量悬移质浓度，P为泥沙悬浊液声信号的幅值，r是测点到接收传感器的距离，ψ是传感器近场处由于球面散射作用的修正系数，k_s是颗粒散射特性系数，k_t是系统参数，α是声衰减系数。

2.如权利要求1所述的基于新型多频超声探头的悬移质含沙量测量方法，其特征在于：所述信号采集传输系统由采集盒、数据传输设备和电源组成，采集盒分别连接浓度测量探头和数据传输设备，整个采集传输系统通过数据传输设备和用户端连接。

3.如权利要求1所述的基于新型多频超声探头的悬移质含沙量测量方法，其特征在于：单频探头各个部件的位置从探头最前端开始，按照整流块、接收晶片和发射晶片的顺序依次布置，整流块位于探头最前端，利用自身声阻抗特性缩短回波到接收晶片的距离，接收晶片为环状，紧贴整流块，发射晶片与接收晶片不在同一平面，而是位于探头最深处，和浓度测量探头的轴线垂直。