超声波测沙仪样机的研制
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摘要
该系统利用超声波反射法和衰减法的结合—超声波面积比值法，提高了仪表的精度，增强了仪表抗干扰能力，并能通过无线发射技术，能够实现远距离测量与控制，为我国河流、水文水资源观测与预报，提供了有力的工具。
本系统通过双通道频段采集信号，增强了系统对沙粒粒径的识别能力。信号由接收探头传到信号处理电路，经过放大、滤波、检波、采样保持进入A／D转换器。数据读入微处理器后进行分析，利用数字处理技术，判断其幅值大小、相位的变化，由此来判断含沙量的情况。脉冲的发射由CPU控制，可以发送连续超声波和序列脉冲波。
系统提供了“自动方式”和“人工方式”操作，由键盘进行操作。进入“自动方式”后，仪表将自动间断采集数据、处理和显示结果，然后把数据和结果通过串口或者无线通信方式传给上位机；进入“人工方式”后，可人工控制仪表的工作，有目的的采集数据、显示数据和存储结果或进行远距离传输；也可以利用PC机操作界面，进行现场操作，由对话框发出命令，对仪表工作进行控制。根据测量的要求，采用相应的动态画面，能够显示数据和绘制波形。系统包括水下测试点的温度测量、含沙量的测量。
该仪表一旦研制成功后，将具有使用方便，操作快捷、低成本等特点，能取代传统的测沙器具，大大减轻了操作人员的劳动强度，为我国水利建设与河流水文观测提供了重要的工具。
仪表存在一些不足之处，如测量范围不够大、精度不够高等，需要进一步改进和完善，希望今后能在技术细节上不断改进，以适应实际现场测试不断提出的新要求。
The system improves the precision of the instrument and improves its resisting
capacity to disturbance by the method of acreage ratio standard of ultrasonic which combines ultrasonic echo and attenuation .It can realize far-distance measure and control by wireless launch technique. It offers a powerful tool for the observation and prediction of rivers and water resource in our country.
This system improves the recognizing ability at the dimension of the sand by using two-band frequency to collect signals. The signal accepted by ultrasonic probe passes disposing circuit, magnifying, sieving its waves, passing demodulation, sampling and holding system and then comes into A/D conversion. The CPU reads in the data, then analyzes and judges its value and phase, and then it can estimate how much sand is in the water. The ultrasonic pulse sent is controlled by CPU, The ultrasonic pulse can be sequent and discontinuous.
The system offers "automatism" and "manual work" operation that can be selected by the keyboard. The "automatism" can motion automatically, gathering the data, disposing and displaying the result, then send the result to epigyny PC by COM or wirelessly; The "manual work" can be controlled by man. We can collect data, display and save result or send data from long-distance manually. It can also be handled by PC. PC sends order by dialog frame to control the instrument's work. Following the measurement's requiring, it introduces active menu, display the data and draw the wave. The system can measure the test point temperature and content of the sandiness in the water.
The system is convenient, shortcut handle and low cost. It will replace the tradition apparatus for the sand measurement, lighten the worker labor, and offer important tool for our country's irrigation works build and river observation.
The instrument has several shortcomings, such as the measurement range is not big enough, the precision is not high enough, and it also needs improvement. We hope the technique can be developed step by step. We hope it can meet the new demand of on the spot field-testing.
本系统通过双通道频段采集信号，增强了系统对沙粒粒径的识别能力。信号由接收探头传到信号处理电路，经过放大、滤波、检波、采样保持进入A／D转换器。数据读入微处理器后进行分析，利用数字处理技术，判断其幅值大小、相位的变化，由此来判断含沙量的情况。脉冲的发射由CPU控制，可以发送连续超声波和序列脉冲波。
系统提供了“自动方式”和“人工方式”操作，由键盘进行操作。进入“自动方式”后，仪表将自动间断采集数据、处理和显示结果，然后把数据和结果通过串口或者无线通信方式传给上位机；进入“人工方式”后，可人工控制仪表的工作，有目的的采集数据、显示数据和存储结果或进行远距离传输；也可以利用PC机操作界面，进行现场操作，由对话框发出命令，对仪表工作进行控制。根据测量的要求，采用相应的动态画面，能够显示数据和绘制波形。系统包括水下测试点的温度测量、含沙量的测量。
该仪表一旦研制成功后，将具有使用方便，操作快捷、低成本等特点，能取代传统的测沙器具，大大减轻了操作人员的劳动强度，为我国水利建设与河流水文观测提供了重要的工具。
仪表存在一些不足之处，如测量范围不够大、精度不够高等，需要进一步改进和完善，希望今后能在技术细节上不断改进，以适应实际现场测试不断提出的新要求。
The system improves the precision of the instrument and improves its resisting
capacity to disturbance by the method of acreage ratio standard of ultrasonic which combines ultrasonic echo and attenuation .It can realize far-distance measure and control by wireless launch technique. It offers a powerful tool for the observation and prediction of rivers and water resource in our country.
This system improves the recognizing ability at the dimension of the sand by using two-band frequency to collect signals. The signal accepted by ultrasonic probe passes disposing circuit, magnifying, sieving its waves, passing demodulation, sampling and holding system and then comes into A/D conversion. The CPU reads in the data, then analyzes and judges its value and phase, and then it can estimate how much sand is in the water. The ultrasonic pulse sent is controlled by CPU, The ultrasonic pulse can be sequent and discontinuous.
The system offers "automatism" and "manual work" operation that can be selected by the keyboard. The "automatism" can motion automatically, gathering the data, disposing and displaying the result, then send the result to epigyny PC by COM or wirelessly; The "manual work" can be controlled by man. We can collect data, display and save result or send data from long-distance manually. It can also be handled by PC. PC sends order by dialog frame to control the instrument's work. Following the measurement's requiring, it introduces active menu, display the data and draw the wave. The system can measure the test point temperature and content of the sandiness in the water.
The system is convenient, shortcut handle and low cost. It will replace the tradition apparatus for the sand measurement, lighten the worker labor, and offer important tool for our country's irrigation works build and river observation.
The instrument has several shortcomings, such as the measurement range is not big enough, the precision is not high enough, and it also needs improvement. We hope the technique can be developed step by step. We hope it can meet the new demand of on the spot field-testing.
引文
[1] 蔡明理．黄河河口水沙特性及河口三角洲开发存在问题 地域研究与开发1994年03期
[2] 石廷先．花园口站1977年8月实测含沙量 809kg/m~3是可靠的人民黄河1994年08期
[3] 贾志富．声学测量实验 国防工业出版社 1988
[4] 雷廷武 赵军．利用γ射线透射法测量径流含沙量及算法 农业工程学报．2002年01期
[5] 王文坚(译美国Sequoia科学仪器公司产品介绍)新型现场激光测沙仪．水利水电快报 2001年16期
[6] 金超 李伟善 杨新宏．涂料消光原理及其应用 广东化工2003年06期
[7] 莫建文 振动式电子测沙仪机械部分的设计 广西工学院学报 1995年02期
[8] 李家伟 陈积懋主编 无损检测手册 机械工业出版社 2001
[9] E．G里查孙主编 声学技术概要．科学出版社 1965
[10] 蒋危平 方京．超声检测学．武汉测绘科技大学出版社 1991
[11] Takeda Y (1995) Velocity profile measurement by ultrasonic Doppler method. Exp Thermal Fhermal Fluid Sci 10:444-453
[12] Hong, Z.K.; Han, J.B.: Consideration on speckle pattern interferometry of ultrasonic speckles.Ultrasonics 35 (1997) 329-332
[13] 许龙江 戚译让 张德勇．液体中声吸收对光声信号波形的影响 青岛海洋大学学报(自然科学报) 1996年01期
[14] 沈亦兵．散射介质的吸收系数和散射系数的间接测量 光学仪器 1995年01期
[15] 张叔英．高浓度悬浮液泥沙的声学观测．海洋学报．2003年06期
[16] Teufel M;TRImis D. (1992) Determination of velocity profiles in oscillating pipe-flows by using laser Doppler velocimetry and ultrasonic measuring de-vices. Flow Meas Instrum 3:95-101
[17] 方彦军 (博士论文)超声衰减式含沙量测试研究 武汉水利电力学院 1988．4
[18] 方彦军 张红梅．含沙量测量的新进展．武汉水利水电大学学报 1999年03期
[19] 贾春娟 唐懋官．超声反射法测量悬浊液浓度分布的特性研究 泥沙研究 1998年01期
[20] 刘敏．超声回波衰减增益补偿测沙技术研究泥沙研究 2001年01期
[21] H. Michallet, E. Barthe" lemy. Ultrasonic probes and data processing to study interfacial solitary waves
[22] C. Shen, U. Lemmin. Ultrasonic scattering in highly turbulent clear water flow. Ultrasonics 35:57-64 1997
[23] H.-M. Zhu, Q.-H. Qin Statistics of ultrasonic speckles reflected from a rough surface Archive of Applied Mechanics 72 (2002) 189-198
[24] Alexei MOLSSATOV,Laurent GUILLON. Experimental study of the dispersio of ultrasonic waves in sandy sediments. C.R.Acad..Sci.Paris, L 326, Serie H b, p. 433-439,1998
[25] 吕广平 徐笑貌．集成电路应用500例 人民邮电出版社 1981
[26] 康华光主编 电子技术基础(第三版)高等教育出版社 1992
[27] 李正军 液晶显示器与智能仪器仪表的接口技术 工业仪表与自动化装置1994年06期
[28] 赵元黎 杨雷 吕运朋．微机接口技术 黄河水利出版社 1998
[29] 史斌星 史佳．C语言贯通教程 清华大学出版社 2002
[30] 曹玉珍 微机原理与应用 机械工业出版社 2001
[31] 李现勇 主编．VisualC++串口通信技术与工程实践 人民邮电出版社 2002
[32] 梁建均 32位视窗系统串行通讯的串口设置 安阳师范学院学报 2002年02期
[33] 钱能主编 C++程序设计教程 清华大学出版社 2002
[34] (美)Robert D.Thompson 编著 前导工作室 译 MFC 开发人员参考手册 机械工业出版社 1998．
[35] 弘道工作室 编著 融会贯通 VisualC++6.0 人民交通出版社 2000．7
[36] 徐维祥．单片微型机原理及应用 大连理工大学出版社 1999
[37] 梁晋文 陈林才．误差理论与数据处理 中国计量出版社 1988
[38] 盛骤 谢式千 概率论与数理统计 高等教育出版社 1997
[2] 石廷先．花园口站1977年8月实测含沙量 809kg/m~3是可靠的人民黄河1994年08期
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[17] 方彦军 (博士论文)超声衰减式含沙量测试研究 武汉水利电力学院 1988．4
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[19] 贾春娟 唐懋官．超声反射法测量悬浊液浓度分布的特性研究 泥沙研究 1998年01期
[20] 刘敏．超声回波衰减增益补偿测沙技术研究泥沙研究 2001年01期
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[28] 赵元黎 杨雷 吕运朋．微机接口技术 黄河水利出版社 1998
[29] 史斌星 史佳．C语言贯通教程 清华大学出版社 2002
[30] 曹玉珍 微机原理与应用 机械工业出版社 2001
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[37] 梁晋文 陈林才．误差理论与数据处理 中国计量出版社 1988
[38] 盛骤 谢式千 概率论与数理统计 高等教育出版社 1997
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