基于超声衰减的大浊度测量方法研究及测量系统实现
发布时间：2021-10-13 09:48
如今,人类已不满足于陆地资源的开采,随着技术的进步,海底多金属结核矿产已经从调查研究阶段进入到试验开采阶段,以便为未来的商业开采提供技术依据,这其中采矿对海底环境造成的扰动要进行环境影响评估,因此采矿扰动环境影响监测非常重要。海底锰结核开采对海洋环境造成扰动,使得沉积物悬浮,改变海底环境参数,最直观的影响是浊度值的改变,甚至可达到浑浊级别,监测海底浊度值的变化对评估锰结核开采对海底生态系统的影响有着重大意义。本文分析了海底浊度监测的要求,基于传统光学浊度计量程小,抗干扰能力差,成本较高等缺点,提出利用超声波衰减测浊度值的方法,用来实现海底水的大浊度、自清洁、实时测量。研究了超声波衰减理论模型,利用其物理性质参数结合三种声衰减模型进行理论仿真,建立了超声衰减和频率关系、衰减和颗粒物浓度关系。因为采矿机扰动导致海底沉积物悬浮来源单一,选择EACH声衰减模型用于海底悬浮物浓度变化的监测方法设计,超声频率范围2MHz以下。根据理论分析结果,建立了利用超声衰减检测固液混合物浊度值的测量实验系统。基于NI虚拟仪器平台,选择了超声波换能器,设计了激励信号发射模块,超声波信号采集与处理模块,开发了虚拟...
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
海底多金属结核采矿示意图
[3]，以集矿机采集头喷射引起的悬浮云团浊度最大，可能达到悬浮泥沙的浑浊量级。如图1.2所示。采矿系统会对海底环境造成影响，其原因主要源于集矿机收集头对海底的扰动和运送系统对海底环境的影响[3]。图 1.2 悬浮云团分布图
控制信号通过 NI 机箱及数据采集卡输出控制超声波发射电路的开断，使产生的高压脉冲作用于换能器上发出超声波。在发出超声波的同时，由 LabVIEW 开始采集经过放大滤波模块的信号，最后储存。该实验系统结构示意图如图3.1所示。图 3.1 测试系统结构示意图在深海中，环境比较特殊，没有其他噪声的干扰，而在实验环境中，充斥各种声波，为了减少其他声波给实验结果带来的误差，采用超声波进行探究实验。在选用超声波换能器时，频率的选择决定了硬件设备的标准，频率越高，需要的硬件设备要求越高，而且会给信号采集带来难度，也不利于后期数据处理。不同频率的超声波在特定环境中的传播速度一定，当确定了超声波换能器的中心频率的大小则可以求得超声波波长值。在等距离传播情况下，当超声波通过固液混合物时，频率越高，则超声波衰减越明显，因此确定合适的超声波换能器的中心频率能够取得更好的实验效果。综上所述再结合现有的实验设备
【参考文献】：
期刊论文
[1]多金属结核采矿对海底沉积物扰动的数值分析[J]. 齐瀚琛,王英. 浙江理工大学学报(自然科学版). 2017(04)
[2]超声波泥水密度检测影响因素的研究[J]. 姚丽,胡宇,赵海峰. 计算机仿真. 2014(10)
[3]不同介质中超声波传播速度测量方法之比较[J]. 李艳琴. 大学物理实验. 2014(02)
[4]载人航天器内超声在轨检漏的应用基础研究[J]. 李唯丹,闫荣鑫,孙伟,綦磊. 航天器环境工程. 2014(02)
[5]基于超声波定位的智能跟随小车[J]. 蔡磊,周亭亭,郭云鹏,陈素芳,吴汉帮. 电子测量技术. 2013(11)
[6]基于PXI和LabVIEW的双板卡远程数据采集系统设计[J]. 闫纪红,杨伟成. 实验技术与管理. 2013(07)
[7]浊度的检测原理及方法[J]. 左辉. 中国计量. 2012(04)
[8]基于虚拟仪器的底质声学测试系统设计[J]. 王宁,王英,周建平,吕妙丽. 浙江理工大学学报. 2012(02)
[9]基于超声多重反射法测量高衰减流体媒质声阻抗及浓度[J]. 孟瑞锋,刘振锋,钟建军,张丽芬,叶兴乾,刘东红. 农业工程学报. 2011(12)
[10]半波整流滤波电路的仿真实验及研究[J]. 杨育霞,李志辉. 实验科学与技术. 2011(03)
硕士论文
[1]声波透射法在桩基检测中的理论与实验研究[D]. 孙民.大连海事大学 2017
[2]超声波矿浆粒度与浓度检测系统的研究[D]. 魏露.燕山大学 2016
[3]声波透射法在混凝土灌注桩完整性检测中的改进研究[D]. 贾永涛.河北工业大学 2015
[4]基于组合频谱的激光粒度测试优化技术研究[D]. 刘翠翠.河北工业大学 2014
[5]基于超声波的混合介质中套管探测研究[D]. 冯宇.哈尔滨工业大学 2013
[6]超声法一次风流速和煤粉浓度在线测量研究[D]. 乔榛.南京理工大学 2013
[7]声场可视化研究[D]. 王玮.东华大学 2011
[8]光电浊度仪的研究与设计[D]. 刘畅.电子科技大学 2008
[9]基于超声波的便携式泥浆密度测试仪研究[D]. 张浩.哈尔滨工业大学 2007
[10]散射光式浊度仪及信号处理的研究[D]. 盛强.太原理工大学 2007
本文编号：3434424
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
海底多金属结核采矿示意图
[3]，以集矿机采集头喷射引起的悬浮云团浊度最大，可能达到悬浮泥沙的浑浊量级。如图1.2所示。采矿系统会对海底环境造成影响，其原因主要源于集矿机收集头对海底的扰动和运送系统对海底环境的影响[3]。图 1.2 悬浮云团分布图
控制信号通过 NI 机箱及数据采集卡输出控制超声波发射电路的开断，使产生的高压脉冲作用于换能器上发出超声波。在发出超声波的同时，由 LabVIEW 开始采集经过放大滤波模块的信号，最后储存。该实验系统结构示意图如图3.1所示。图 3.1 测试系统结构示意图在深海中，环境比较特殊，没有其他噪声的干扰，而在实验环境中，充斥各种声波，为了减少其他声波给实验结果带来的误差，采用超声波进行探究实验。在选用超声波换能器时，频率的选择决定了硬件设备的标准，频率越高，需要的硬件设备要求越高，而且会给信号采集带来难度，也不利于后期数据处理。不同频率的超声波在特定环境中的传播速度一定，当确定了超声波换能器的中心频率的大小则可以求得超声波波长值。在等距离传播情况下，当超声波通过固液混合物时，频率越高，则超声波衰减越明显，因此确定合适的超声波换能器的中心频率能够取得更好的实验效果。综上所述再结合现有的实验设备
【参考文献】：
期刊论文
[1]多金属结核采矿对海底沉积物扰动的数值分析[J]. 齐瀚琛,王英. 浙江理工大学学报(自然科学版). 2017(04)
[2]超声波泥水密度检测影响因素的研究[J]. 姚丽,胡宇,赵海峰. 计算机仿真. 2014(10)
[3]不同介质中超声波传播速度测量方法之比较[J]. 李艳琴. 大学物理实验. 2014(02)
[4]载人航天器内超声在轨检漏的应用基础研究[J]. 李唯丹,闫荣鑫,孙伟,綦磊. 航天器环境工程. 2014(02)
[5]基于超声波定位的智能跟随小车[J]. 蔡磊,周亭亭,郭云鹏,陈素芳,吴汉帮. 电子测量技术. 2013(11)
[6]基于PXI和LabVIEW的双板卡远程数据采集系统设计[J]. 闫纪红,杨伟成. 实验技术与管理. 2013(07)
[7]浊度的检测原理及方法[J]. 左辉. 中国计量. 2012(04)
[8]基于虚拟仪器的底质声学测试系统设计[J]. 王宁,王英,周建平,吕妙丽. 浙江理工大学学报. 2012(02)
[9]基于超声多重反射法测量高衰减流体媒质声阻抗及浓度[J]. 孟瑞锋,刘振锋,钟建军,张丽芬,叶兴乾,刘东红. 农业工程学报. 2011(12)
[10]半波整流滤波电路的仿真实验及研究[J]. 杨育霞,李志辉. 实验科学与技术. 2011(03)
硕士论文
[1]声波透射法在桩基检测中的理论与实验研究[D]. 孙民.大连海事大学 2017
[2]超声波矿浆粒度与浓度检测系统的研究[D]. 魏露.燕山大学 2016
[3]声波透射法在混凝土灌注桩完整性检测中的改进研究[D]. 贾永涛.河北工业大学 2015
[4]基于组合频谱的激光粒度测试优化技术研究[D]. 刘翠翠.河北工业大学 2014
[5]基于超声波的混合介质中套管探测研究[D]. 冯宇.哈尔滨工业大学 2013
[6]超声法一次风流速和煤粉浓度在线测量研究[D]. 乔榛.南京理工大学 2013
[7]声场可视化研究[D]. 王玮.东华大学 2011
[8]光电浊度仪的研究与设计[D]. 刘畅.电子科技大学 2008
[9]基于超声波的便携式泥浆密度测试仪研究[D]. 张浩.哈尔滨工业大学 2007
[10]散射光式浊度仪及信号处理的研究[D]. 盛强.太原理工大学 2007
本文编号：3434424
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