一种采用音频共振原理的黄河含沙量检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种采用音频共振原理的黄河含沙量检测系统，音频共振体由音频共振左臂和音频共振右臂组成；音频共振左臂和音频共振右臂分别与音频共振体共振激励器连接，音频共振体共振激励器与音频共振体共振频率信号检测器连接，温度传感器、压力传感器黏贴在可延长轴上；可延长轴通过塑胶防振套和固支体螺旋丝相连接，固支体螺旋丝安装在音频共振传感器硬件电路的保护圆盒上，保护圆盒内安装有信息处理及发送电路模块，音频共振体共振频率信号检测器通过电路连接信息处理及发送电路模块。本发明专利技术的有益效果是稳定性好，精度高，抗干扰能力强。

【技术实现步骤摘要】
一种采用音频共振原理的黄河含沙量检测系统
本专利技术属于黄河含沙量检测
，涉及一种采用音频共振原理的黄河含沙量检测系统。
技术介绍
黄河含沙量测量是黄河泥沙研究中的一个重要课题，如何快速、准确地测量黄河含沙量一直是人们所关注的问题。实时监测像黄河等多泥沙河流的泥沙含量、泥沙分布等信息，可对水土流失的治理提供科学依据，也可防治因水土流失导致的自然灾害；同时也可为河流水质管理、河道清淤以及排水排沙提供科学指导。因此开展黄河含沙量自动监测系统的研发具有重要的实际意义，其相关成果具有广阔的市场前景。然而目前现有的用于测量黄河泥沙含量的仪器和方法，在实际应用中存在着一定的局限性。如人工取样法，虽有很高的精度，但是其测量周期长、劳动强度大，又因人工采样时浮泥的层次结构受到扰动，因而所测的结果不能反映现场状况；光电法测量泥沙范围较窄；同位素法和γ射线法精度高，但放射源稀缺；振动筒法和电容法稳定性较差，受温度影响大；而现有的基于压差原理的压力传感器灵敏度低，主要用于海底浮泥层密度测量以及纸浆池浓度测量等；超声波的监测设备存在运行不稳定、易受水草缠绕阻挡等问题。因此，需要一种能解决上述问题的泥沙含量检测方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种采用音频共振原理的黄河含沙量检测系统，解决了目前黄河含沙量测量方法复杂，精度低的问题。本专利技术一种采用音频共振原理的黄河含沙量检测系统包括音频共振体，音频共振体由音频共振左臂和音频共振右臂组成；音频共振左臂和音频共振右臂分别与音频共振体共振激励器连接，音频共振体共振激励器与音频共振体共振频率信号检测器连接，温度传感器、压力传感器黏贴在可延长轴上；可延长轴通过塑胶防振套和固支体螺旋丝相连接，塑胶防振套能够防止音叉共振的能量通过固支体螺旋丝传递到外界、防止能量损耗，固支体螺旋丝安装在音频共振传感器硬件电路的保护圆盒上，保护圆盒内安装有信息处理及发送电路模块，音频共振体共振频率信号检测器通过电路连接信息处理及发送电路模块，信息处理及发送电路模块通过检测音叉共振体固有的振动频率，确定黄河含沙量的大小，将黄河含沙量的大小信息及温度信息和压力信息测量结果通过无线传输方式发送到外部的监测电脑上进行显示。进一步，所述保护圆盒上设有密封盖和电源线的进线孔。进一步，所述信息处理及发送电路模块包括单片机，单片机分别通过电路连接运行控制开关、模式设置开关、串口通信模块、电源模块、GPRS无线传输模块、LCD现场显示屏、AD转换模块、音频共振和维持电路，AD转换模块通过电路连接信号采集模块，信号采集模块通过电路连接压力传感器、温度传感器和音频共振体共振频率信号检测器。进一步，所述单片机芯片采用增强型的51单片机STC12c5a60s2芯片；所述温度传感器芯片型号为DS18B20。本专利技术的有益效果是稳定性好，精度高，抗干扰能力强。附图说明图1为本专利技术的含沙量检测音频共振传感器示意图；图2为本专利技术信息处理及发送电路模块结构示意图；图3(a)为电源模块中提供24V电压电路图；图3(b)为电源模块中提供5V电压电路图；图3(c)为电源模块中提供3.3V电压电路图；图4为本专利技术的音频共振和维持电路图；图5为本专利技术的含沙量电流信号输出电路图；图6为本专利技术的单片机处理多通道信号以及LCD显示电路图；图7为本专利技术的含沙量信号无线发送电路；图8为本专利技术的基于LabVIEW的显示部分示意图；图9为本专利技术的含沙量测量系统软件流程图。图中，1.音频共振左臂，101.音频共振右臂，2.音频共振体共振激励器，201.音频共振体共振频率信号检测器，3.温度传感器，4.压力传感器，5.可延长轴，6.塑胶防振套，7.固支体螺旋丝，8.音频共振传感器硬件电路保护圆盒，9.保护圆盒的密封盖，10.进线孔，11.信息处理及发送电路模块，1101.单片机，1102.运行控制开关，1103.模式设置开关，1104.串口通信模块，1105.电源模块，1106.GPRS无线传输模块，1107.LCD现场显示屏，1108.AD转换模块，1109.音频共振和维持电路，1110.信号采集模块。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术音频共振法黄河含沙量检测传感器的设计是基于音叉双臂在不同含沙量中其共振频率不同的原理。该传感器上作为直接感知含沙量物理信息的部分是用石英晶体制成，外部以抗氧化和抗腐蚀能力强、恒弹合金包裹的形似音叉的物体。音频共振法黄河含沙量检测传感器包括音叉体、温度传感器和压力传感器、塑胶防振片、固支体等组成。音叉体内部有共振激励器、共振频率信号检测器。音叉体的一臂在共振激励器驱动下做简谐振动，音叉体的另一臂将产生共振，也将做简谐振动。当音叉体两臂侵入到含沙量水体中时，两臂间的介质质量(黄河的含沙水体)发生变化，导致共振音叉体的共振频率发生变化。通过共振频率信号检测器检测该共振频率信号来间接实现含沙量的检测。温度传感器和压力传感器紧贴在音叉体顶部上，可补偿含沙量共振测量的不同温度和不同深度的环境因素影响。根据音频共振理论，音叉体的共振频率f与其质量m1和被测含沙量的质量m2成反比，可以公式(1)表示。当把音频共振叉体传感器放置于真空中时，m2为零，m1为音叉的质量，音叉传感器固有频率f0和谐振频率f相等，可以得到比例因子k。实际标定实验时，可以把清水比拟为真空环境，用清水时候的音叉传感器固有频率f0和谐振频率f相等，可以得到比例因子k。当被测对象质量m2不为零时(实际的黄河含沙水体)，得到谐振频率为f，通过计算可求出在音叉间的介质(黄河的含沙水体)的质量m2，如式(2)所示。当此传感器用于测量黄河含沙量时，由于黄河含沙量发生变化时，其质量变化就会引起叉体固有振动频率产生变化，同时电路的谐振频率也产生变化。这样就可通过检测音叉共振体固有的振动频率，确定黄河含沙量的大小。本专利技术系统结构如图1所示，音频共振体由音频共振左臂1和音频共振右臂101组成；音频共振体两臂和音频共振体的共振激励器2和音频共振体的共振频率信号检测器201连接；温度传感器3、压力传感器4黏贴在可延长轴5上；可延长轴5通过塑胶防振套6和固支体螺旋丝7相连接，塑胶防振套6可防止音叉共振的能量通过固支体螺旋丝7传递到外界，可防止能量损耗；固支体螺旋丝7安装在音频共振传感器硬件电路的保护圆盒8上，保护圆盒8内安装有信息处理及发送电路模块11，信息处理及发送电路模块11通过检测音叉共振体固有的振动频率，确定黄河含沙量的大小，将黄河含沙量的大小信息及温度信息和压力信息测量结果通过无线传输方式发送到外部的监测电脑上进行显示；保护圆盒8上还设有密封盖9和电源线的进线孔10，电源线通过进线孔10给保护圆盒8内的信息处理及发送电路模块11供电。在工作时，音叉体的一臂在音频共振体共振激励器2驱动下做简谐振动，音叉体的另一臂将产生共振，也将做简谐振动。当音叉体两臂侵入到含沙量水体中时，两臂间的介质质量(黄河的含沙水体)发生变化，导致共振音叉体的共振频率发生变化。通过音频共振体共振频率信号检测器201检测该共振频率信号来间接实现含沙量的检测。温度传感器3和压力传感器4紧贴在音叉体顶部上，可补偿含沙量共振测量的不同温度和不同深度的环境因素影响。本专利技术系统首先对含沙量进行检测，将含沙量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用音频共振原理的黄河含沙量检测系统，其特征在于：包括音频共振体，音频共振体由音频共振左臂(1)和音频共振右臂(101)组成；音频共振左臂(1)和音频共振右臂(101)分别与音频共振体共振激励器(2)连接，音频共振体共振激励器(2)与音频共振体共振频率信号检测器(201)连接，温度传感器(3)、压力传感器(4)黏贴在可延长轴(5)上；可延长轴(5)通过塑胶防振套(6)和固支体螺旋丝(7)相连接，塑胶防振套(6)能够防止音叉共振的能量通过固支体螺旋丝(7)传递到外界、防止能量损耗，固支体螺旋丝(7)安装在音频共振传感器硬件电路的保护圆盒(8)上，保护圆盒(8)内安装有信息处理及发送电路模块(11)，音频共振体共振频率信号检测器(201)通过电路连接信息处理及发送电路模块(11)，信息处理及发送电路模块(11)通过检测音叉共振体固有的振动频率，确定黄河含沙量的大小，将黄河含沙量的大小信息及温度信息和压力信息测量结果通过无线传输方式发送到外部的监测电脑上进行显示。

【技术特征摘要】
1.一种采用音频共振原理的黄河含沙量检测系统，其特征在于：包括音频共振体，音频共振体由音频共振左臂（1）和音频共振右臂（101）组成；音频共振左臂（1）和音频共振右臂（101）分别与音频共振体共振激励器（2）连接，音频共振体共振激励器（2）与音频共振体共振频率信号检测器（201）连接，温度传感器（3）、压力传感器（4）黏贴在可延长轴（5）上；可延长轴（5）通过塑胶防振套（6）和固支体螺旋丝（7）相连接，塑胶防振套（6）能够防止音叉共振的能量通过固支体螺旋丝（7）传递到外界、防止能量损耗，固支体螺旋丝（7）安装在所述检测系统的保护圆盒（8）上，保护圆盒（8）内安装有信息处理及发送电路模块（11），音频共振体共振频率信号检测器（201）通过电路连接信息处理及发送电路模块（11），信息处理及发送电路模块（11）通过检测音叉共振体固有的振动频率，确定黄河含沙量的大小，将黄河含沙量的大小信息及温度信息和压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明堂，张成才，董怡，田壮壮，李舒，黄建通，孙新娟，郑辉，司孝平，刘雪梅，刘帅，王倩，郭俊雷，张育铭，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南;41