宽带声学多普勒测流仪设计
齐本胜范新南王森林善明朱昌平王耀俊!河海大学电子与信息技术研究所常州"#$%""&!南京大学近代声学国家重点实验室南京"#%%’$&
摘要介绍一种利用宽带编码声信号进行水流流速测量的装置(当某一水层水团与测流仪之间有相对运动时)声波反射信号将产生相应的多普勒频移)从而可以得到两者之间的切向速度(为了计算其绝对速度)换能器采用了四波束结构(这里还介绍了用于相关接收的编码脉冲的形式和接收电路的结构(该装置适合江*湖*河口的流速*流量的测量(
关键词多普勒自相关声纳测量设计
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@A B C D E F C D G H I DJ A D D I D KI D G L F C D M A DL I D N A D G O F PQ F I D G R A D G KI D GS I T U P D !V W X Y Z Y[Y\]^_‘\a Y b]W Z a X c W dV W^]b e c Y Z]Wf\a g W]‘]h i)j\g c Z k W Z l\b X Z Y i)m g c W h n g][o p q r o o)m g Z W c&
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.,/0146-+T R R!C%|P#T&T%%C!I#A T D L T D I%1C I E P%C N C D#+C E A G D
2引言
声学多普勒测流仪!|+Q3&遥测流速的垂直剖面分布)对流场不产生任何扰动)不存在机械惯性和机械磨损)可以真实反映流场4#5$6)其性能比传统测流仪优越(|+Q3应用于海洋环流调查)已经被国际海委会定为7种先进的观测仪器之一4"6(’%年代初期)美国8+9公司开发了用于浅水河流测量的宽带|+Q3设备)并成功完成1A E E A E E A R R A河的流量测量4#6(
在我国)国家海洋局海洋技术研究所比较早的进行了该技术的研究)并于’%年代后期研制成功"%%-:;走船式窄带|+Q34"6(|+Q3技术应用于内河测量的研究报告和设备少见报导(
针对我国众多内河测量的需求和|+Q3技术的优越性)本单位正在进行适合我国内河测量的宽带|+Q3测量设备的研制(本文介绍宽带|+Q3设备的测流原理和设计思路(
<测流原理
根据多普勒原理)如果向水体中发射声波信号)一部分能量将被水中的散射体反射回来(只要声源!或接收器&与散射体之间存在相对运动)就必然产生多普勒频移$
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在这里)$
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可以表示为4$576=
$}>"?$%?~@&?&T E A!#&式中)A为声波发射器发射波束的俯角B~为声源的水平相对速度B&为声波在水中的传播速度(
声波发射出去后)从不同深度反射的回波)返回时间是不同的(根据不同的返回时间)可以得到不同层面水体的相对速度(
根据式!#&只能得到声源和被测水团相对速度的
第"7卷第7期增刊仪器仪表学报"%%$年C月
标量值!而不能得到该速度的方向"为此!设计中的换能器#即声源$是向水中同时发射四束声波!其发射方式如图%
所示
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