基于2MHz超声换能器的ADCP关键技术研究

发布时间：2020-05-05 19:28

【摘要】：声学多普勒流速剖面仪(ADCP)利用多普勒效应,可以同时测得水流剖面不同水层的流速分布。其测量水域流速具有高分辨率,高精度,便携等优势,在水文监测领域具有重要意义。国外研究ADCP起步早,基础好,现在已经具备比较成熟的研制技术。而国内由于起步晚,技术基础薄弱,对于ADCP的研究还处于发展阶段,目前还没有性能达到商用水平的产品问世。本文基于ADCP在研制过程中的几点关键技术进行深入研究,在理论分析的基础上结合实验不断对实验样机进行改善,有效地提高了样机的性能水平,具体工作如下:1.对超声波发射技术进行研究。基于超声波在水中传播时衰减快而导致ADCP测量范围小,难以在较深水域获得全面的流速信息。超声波发射单元采用两个功放管进行推挽驱动,配合变压器升压,并加入阻抗匹配电路,实现了大功率发射。针对ADCP系统中超声换能器为收发一体而导致的盲区较大问题,分析了发射功率对于盲区的影响,提出了发射功率可调的设计思路。2.对信号接收处理技术进行研究。针对超声波回波信号信噪比低,采用多种方式来抑制不同的噪声,主要是设计LC选频放大电路滤除环境噪声和加入屏蔽器等抑制EMI噪声。在提高了信号信噪比的同时还引入了自动增益控制(AGC)环节,优化了回波信号的衰减特性。混频电路的加入则降低了系统的采样率和数据量,有利于流速信息的实时处理。3.对软件滤波技术进行研究,引入线性滤波器来提高ADCP的精度。介绍了维纳滤波器的设计原理并进行仿真实验。在指出ADCP使用维纳滤波器的局限后,引入卡尔曼滤波,并进行了性能测试。4.基于关键技术的研究进行样机整体设计。介绍了样机的硬件方案设计、软件方案设计以及通信协议的设计。
【图文】：

到流速测量领域。受到市场的鼓励，，越来速测量领域，多家新兴的水声仪器设备公为了拓宽市场，RDI 公司推出多种系列产括独立式、舰载式 、直读式三种不同工作能器也大多具备 75~1200KHz 宽工作范号处理技术的发展，RDI 公司在九十年代CP 产品，其中比较著名的是可配底跟踪的nde 系列产品。后来成立的 Sontek 公司在善性能，其研发的配置 9 个换能器的 A其他公司，如 Nortek 公司，挪威的 Aan和特色的 ADCP。如今，借助高性能的 A已经被应用到诸多海洋作业领域。例如在援人员借助最为先进的 RDI 公司生产的骏获得丰富准确的海流信息，成功完成救援

第 3 章 信号发射技术研究的最重要特征是可以测取水域剖面不同水层的流速，因此能度范围是衡量 ADCP 性能的一个重要指标。相比较国外先进深范围，国内 ADCP 样机往往难以在较深水域实现流速的射中的关键技术进行研究，从提高发射功率，减小盲区等方。波传播特性斯原理的传播过程可以用惠更斯原理解释:波源的振动引起波动，而部的质子之间的相互作用发生扩散，如图 3-1，波动在到达的形式传递到其余的质子[21]。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB552

【参考文献】

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本文编号：2650642