悬浮泥沙多频声学测量方法研究

发布时间：2021-01-26 17:06

　　悬浮泥沙的测量对于港口建设与泥沙的综合治理至关重要,相较于传统的悬浮泥沙测量技术,基于声学反向散射原理的悬浮泥沙测量技术得益于其非侵入式的测量方式、高时空分辨率、剖面测量的技术特点,近年来受到越来越多的关注。利用声学技术进行悬浮泥沙测量的基本过程是,水声换能器发射短时声脉冲信号照射水体,水体中的悬浮颗粒对声波进行反向散射,换能器接收到的回波信号中携带着悬浮物的信息,利用反演算法得到悬浮物的浓度和粒径信息。本文首先围绕声学反向散射原理展开讨论,依次对声波的传播性质、衰减性质、反向散射性质进行介绍,对声学悬沙测量基本方程进行推导,深入分析了浓度和粒径的反演算法,并利用仿真实验对比了反演算法在不同仿真条件下的误差表现。本文自主搭建了一套多频声学悬浮泥沙测量系统和实验平台,对实测回波信号的统计特性展开研究,实验结果表明回波电压服从瑞利分布,回波电压的平方服从指数分布。使用球形玻璃砂对经典悬沙浓度反演公式中的测量系统参数（与波束角、换能器灵敏度等有关）进行解耦标定,实验结果表明使用同一套系统进行悬沙测量时,系统参数为常数。利用已标定的系统进行悬浮泥沙测量实验,结果表明本文所搭建的系统在低浓度下（... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 国外研究进展
        1.2.2 国内研究进展
    1.3 章节安排
    1.4 本章小结
2 声学反向散射原理
    2.1 声波在浑浊水体中的传播性质
    2.2 声波在浑浊水体中的衰减性质
    2.3 浑浊水体中声波的反向散射性质
    2.4 基本方程推导
    2.5 本章小结
3 反演算法
    3.1 浓度的反演算法
    3.2 粒径的反演算法
        3.2.1 能量比值法
        3.2.2 最小化浓度相对标准差算法
    3.3 本章小结
4 仿真分析
    4.1 仿真悬浮场
    4.2 回波电压的计算
    4.3 仿真场景安排
    4.4 浓度的仿真反演结果
    4.5 粒径的仿真反演结果
        4.5.1 能量比值法的粒径仿真结果
        4.5.2 最小化浓度相对标准差算法的粒径仿真结果
    4.6 本章小结
5 实验平台搭建
    5.1 多频声学悬浮泥沙测量系统的实现
    5.2 实验水槽的布置设计
    5.3 本章小结
6 系统标定与悬浮泥沙测量实验
    6.1 实验数据的处理
    6.2 回波电压的统计特性
    6.3 系统标定
        6.3.1 系统参数的解耦标定
        6.3.2 所选用的悬浮颗粒
        6.3.3 标定结果
    6.4 悬浮泥沙测量实验
        6.4.1 浓度的反演结果
        6.4.2 粒径的反演结果
    6.5 快速反演浓度
        6.5.1 字典匹配算法
        6.5.2 实验结果对比
    6.6 高浓度实验
        6.6.1 高浓度中的测量误差变化
        6.6.2 误差分析
        6.6.3 脉冲电压的改变带来的影响
    6.7 本章小结
7 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 创新点
    7.3 未来展望
参考文献
作者简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]ADCP在长江上游河道中的应用[J]. 李秀峰.  中国水运. 2017(04)
[2]利用ADCP回波强度估算河流悬移质含沙量的应用研究[J]. 杨惠丽,罗惠先,于奭.  水利水电技术. 2017(01)
[3]长江口悬沙输运观测中ADCP的应用[J]. 孟令鹏.  科技资讯. 2012(03)
[4]基于ADCP估算悬移质输沙率的应用研究[J]. 王志东,方华山.  港工技术. 2010(04)
[5]应用走航式ADCP测量分析与验证金塘水道的高悬沙浓度[J]. 金魏芳,梁楚进,周蓓锋,李俊德.  海洋学研究. 2009(03)
[6]黄河水沙空间分布及其变化过程研究[J]. 胡春宏,陈绪坚,陈建国.  水利学报. 2008(05)
[7]ADCP测量悬沙浓度的可行性分析与现场标定[J]. 程鹏,高抒.  海洋与湖沼. 2001(02)
[8]用ADCP进行走航式悬沙浓度测量的初步研究[J]. 汪亚平,高抒,李坤业.  海洋与湖沼. 1999(06)
[9]中国泥沙研究述评[J]. 王光谦.  水科学进展. 1999(03)
[10]悬浮泥沙声学观测的原理分析[J]. 张叔英,李允武.  声学学报. 1999(03)



本文编号：3001500