海洋观测流速波浪仪制造技术

本实用新型专利技术公开一种海洋观测流速波浪仪。该波浪仪包括第一换能器、至少三个第二换能器、发射机、接收机和信号处理器。通过第一换能器和第二换能器分别发射第一声波信号和第二声波信号，还接收第一声波信号的第一回波信号和第二声波信号的第二回波信号，然后，由接收机放大第一回波信号和第二回波信号，信号处理器处理第一回波信号而获得悬浮泥沙浓度以及处理第二回波信号而获得海面波浪的波高、周期及方向以及水流流速，集成了多普勒声学流速剖面仪（ADCP）、声学后散射悬沙测量仪（ABS）、波浪计（Wave?Gauge）等仪器的功能，进而，避免了多个仪器同时工作所占用体积大，接口数据处理的繁琐的问题。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

海洋观测流速波浪仪
本技术涉及用于测量海流剖面流速、海面波浪数据、海水悬浮泥沙浓度的海洋观测流速波浪仪。
技术介绍
海洋水体的运动及在海面发生的蒸汽交换是影响全球气候变化和形成水旱等自然灾害的最重要因素，所以必须不断监测海流的变化，以便随时掌握自然界的变化规律。油气开发、建港、运输，海底矿产开发等海洋资源开发活动也需要掌握海流的长期变化规律，以降低工程造价，保障海上作业安全。海流的实时测量和预报是获得海上各项活动重要资料的关键。海浪是一种重要的海洋波动现象，是海洋动力学重要组成部分之一，是海水运动、海气混合和小尺度海气相互作用等研究中的重要环节。海浪的研究有着广泛的实际需求，从安全角度看，它和海上运输、海洋石油、海洋渔业、海洋工程和军事活动等一切海上活动密切相关；从科学角度上看，它与海气交换、碳循环等重大科学研究项目关系紧密。为了安全、经济地开展海上工程建设，如石油钻井平台，必须计算海浪对各种海上建筑物的作用力和分析深水结构的振动。海洋开发活动的增加，致使海洋污染加剧，同时由于森林的破坏,水土的流失,江河又带来大量的泥沙和污染物。在港工、航道、水利及各类近岸海洋工程的建设中，水中泥沙迁移和淤积是一个关系到工程成败的关键问题。正确掌握水中泥沙迁移和淤积的规律是有效开展综合治理的前提。声学方法是目前唯一能够在不干扰流场的条件下连续、实时和长时间测量不同水层的三维流速和流向，测量海面波浪的波高、周期及方向，测量水中悬浮污染物的垂直分布及其随时间的变化过程。目前，采用声学方法对海流流速、海面波浪、海水悬浮物进行测量的分别有多普勒声学流速剖面仪(ADCP)、声学波面跟踪仪器或ADCP波浪固件、声学后散射悬沙测量仪(ABS)，各仪器分别测量海水中的各物理量。由于声学测量方法的需要，各仪器需要分开布置，相互之间需要隔开一定距离，所占用的体积就很大。另外，各仪器的外部通信接口也不完全一样，数据记录及传输需要有专门的设备进行处理，增加了处理的难度及复杂度。
技术实现思路
本技术解决的问题是需要多台仪器组合测量海流剖面流速、海面波浪数据、海水悬浮泥沙浓度的问题。为解决上述问题，本技术公开一种海洋观测流速波浪仪，该波浪仪包括发射机、一个第一换能器、至少三个第二换能器、接收机和信号处理器。所述发射机产生用于测量悬浮泥沙浓度的第一发射信号和用于测量海水流速的第二发射信号。所述第一换能器转换所述第一发射信号为第一声波信号，还接收各水层反射该第一声波信号而产生的第一回波信号。所述至少三个第二换能器绕第一换能器均匀分布，每一个第二换能器偏离所述第一换能器10° 30°，转换所述第二发射信号为第二声波信号，还接收各水层反射该第二声波信号而产生的第二回波信号。所述接收机放大所述第一回波信号或者第二回波信号。所述信号处理器处理放大的第一回波信号而获得悬浮泥沙的浓度，处理放大的第二回波信号而获得海水的流速和海浪数据。可选地，所述第一换能器朝竖直方向发射该第一声波信号，所述第二换能器的数量是三个且绕所述第一换能器均匀分布而与第一换能器呈120°。可选地，所述第一换能器朝竖直方向发射该第一声波信号，所述第二换能器的数量是四个且绕所述第一换能器均匀分布而构成Janus配置。可选地，所述海洋观测流速波浪仪还包括屏蔽板，该屏蔽板设置在发射机和接收机之间。与现有技术相比，本技术具有以下优点:1、本技术包括第一换能器、至少三个第二换能器、发射机、接收机和信号处理器，通过第一换能器和第二换能器分别发射第一声波信号和第二声波信号，还接收第一声波信号的第一回波信号以及第二声波信号的第二回波信号，并由接收机放大所述第一回波信号和第二回波信号后由信号处理器处理放大的第一回波信号而获得悬浮泥沙的浓度，处理放大的第二回波信号而获得海面波浪的波高、周期及方向和水流流速，集成了多普勒声学流速剖面仪(ADCP )、声学后散射悬沙测量仪(ABS )、波浪计(Wave Gauge )等仪器的功能，不需要由多台设备分别测量这些参数，进而，避免了多个仪器同时工作所占用体积大，接口数据处理的繁琐的问题。2、由于设置有屏蔽板，这样，确保发射机和接收机之间不存在干扰，保证测量精度。附图说明图1是第一实施方式的海洋观测流速波浪仪的正视图；图2是图1所示的海洋观测流速波浪仪的俯视图；图3是第二实施方式的海洋观测流速波浪仪的俯视图。具体实施方式为详细说明本技术的
技术实现思路
、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。请参阅图1和图2，第一`实施方式的海洋观测流速波浪仪包括发射机1、一个第一换能器2、四个第二换能器3、接收机4和信号处理器5。所述发射机I安装于不锈钢壳体6上，产生用于测量悬浮泥沙浓度的第一发射信号和用于测量海水流速的第二发射信号。所述第一发射信号和第二发射信号在本实施方式中是电压信号。所述第一换能器2安装于位于所述不锈钢壳体6上的换能器头7上，(不锈钢壳体6和换能器头7构成框架结构)转换所述第一发射信号为第一声波信号，并朝竖直方向发射该第一声波信号。在本实施方式中，该第一声波信号是500kHz的正弦脉冲信号。由于第一换能器2发射的第一声波信号在竖直方向传播，所以，本技术的流速波浪仪在竖直方向上不能有物体的遮挡，当所述第一声波信号竖直向上发射时，竖直方向上不能有物体遮挡。所述第一声波信号用于测量悬浮泥沙的浓度，而悬浮泥沙浓度不仅与回波强度有关，也与现场泥沙直径的大小有关，所以要获取悬浮泥沙浓度，必须进行现场泥沙直径的标定。在发射所述第一声波信号结束后，第一换能器2接收各水层反射该第一声波信号而产生的第一回波信号。所述接收机4放大第一回波信号。所述信号处理器5处理放大的第一回波信号而获得悬浮泥沙的浓度，信号处理器5处理放大的第一回波信号可以采用现有技术，这样的现有技术可以是:先对放大的第一回波信号进行采样，然后，由回波强度与悬浮泥沙浓度的对应关系，再通过现场标定，就能获取各水层悬浮泥沙浓度。请继续参阅图1和图2，所述第二换能器3绕第一换能器2均匀分布而构成Janus配置，这样，四个第二换能器3的第二声波信号在水平面内的投影互成90°。每一个第二换能器3偏离所述第一换能器2的角度a是10° 30°，比如10°、11°、13°、15°、16°、18°、20°、22°、24°、25。、27°、29°或者30°，每一个第二换能器3转换所述第二发射信号为第二声波信号，并向海面发射第二声波信号，在本实施方式中，是发射300kHz由伪随机码调制的正弦脉冲信号，发射结束后，再接收由不同水层散射的第二回波信号。所述接收机4放大该第二回波信号。所述信号处理器5对该放大的第二回波信号进行复协方差运算，获取不同水层的多普勒频偏，得到不同水层的水流流速；接着，通过四个第二换能器3的四个波束的回波时间或各层水流的流速，由表面跟踪法或流速单元矩阵法就可以获取海浪数据，海浪数据包括海面波浪的波高、周期及方向。综上所述，本技术通过一台设备即可获得海面波浪的波高、周期及方向、水流流速和悬浮泥沙浓度，所以，该海洋观测流速波浪仪集成了多普勒声学流速剖面仪(ADCP)、声学后散射悬沙测量仪(ABS)、波浪计(Wave Gauge)等仪器的功能，不需要由多本文档来自技高网...

【技术保护点】
海洋观测流速波浪仪，其特征是：该波浪仪包括发射机、一个第一换能器、至少三个第二换能器、接收机和信号处理器，其中，所述发射机产生用于测量悬浮泥沙浓度的第一发射信号和用于测量海水流速的第二发射信号；所述第一换能器转换所述第一发射信号为第一声波信号，还接收各水层反射该第一声波信号而产生的第一回波信号；所述至少三个第二换能器绕第一换能器均匀分布，每一个第二换能器偏离所述第一换能器10°～30°，转换所述第二发射信号为第二声波信号，还接收各水层反射该第二声波信号而产生的第二回波信号；所述接收机放大所述第一回波信号或者第二回波信号；所述信号处理器处理放大的第一回波信号而获得悬浮泥沙的浓度，处理放大的第二回波信号而获得海水的流速和海浪数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭东立，许伟杰，王建中，翁国忠，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所东海研究站，
类型：实用新型
国别省市：