一种减小adcp换能器盲区的方法
【专利摘要】本发明公开了一种减小ADCP换能器盲区的方法，包括：a）ADCP的发射电路将激励信号加到换能器两端，换能器产生机械振动发出声波信号；b）激励信号停止后，换能器通过接收电路接收水体散射的回波信号，同时换能器由于惯性产生余振，产生衰减振荡的余振声波信号，换能器根据余振声波信号停止后的回波信号分析水体流速信息；c）在步骤b)中的激励信号停止时，ADCP的发射电路反向叠加半周期激励信号到换能器两端，换能器获得新激励信号以加快余振声波信号衰减。本发明通过在原激励信号时间长度的基础上，反向叠加半周期激励信号的方法得到新的激励信号，在新的激励信号作用下，可以加快余振的衰减，达到衰减盲区的目的。
【专利说明】
-种减小ADCP换能器盲区的方法
技术领域
[0001] 本发明属于水声信号测量技术领域，尤其设及一种减小ADCP换能器盲区的方法。
【背景技术】
[0002] ADCP是利用声学多普勒原理来测量流速和流量的仪器，一台ADCP在工作时相当于 若干台传统流速仪，ADCP可W W时间为尺度，采集空间中不同深度单元层的回波，经过对不 同深度单元层的多普勒频移计算出流速。ADCP在实际工作中，采用声波换能器作为传感器， 换能器等效为谐振电路。当激励信号停止时，换能器由于惯性会产生衰减振荡的余振信号， 余振信号对表层水体回波产生干扰，对被干扰的水体回波分析得到的流速数据存在很大误 差，形成ADCP换能器盲区。
[0003] 缩减盲区是ADCP的主要技术之一。盲区的存在导致其范围内的回波信号被余振信 号干扰，盲区内的流速数据出现异常。
【发明内容】
[0004] 为了克服W上不足，本发明提供了一种减小ADCP换能器盲区的方法，该方法可加 快余振的衰减、缩减盲区。
[0005] 本发明提供的技术方案为：
[0006] 一种减小ADCP换能器盲区的方法，包含W下步骤：
[0007] a)ADCP的发射电路将激励信号加到换能器两端，换能器产生机械振动发出声波信 号；
[000引b)激励信号停止后，换能器通过接收电路接收水体散射的回波信号，同时换能器 由于惯性产生余振，产生衰减振荡的余振声波信号，换能器根据余振声波信号停止后的回 波信号分析水体流速信息；
[0009] C)在步骤b)中的激励信号停止时，ADCP的发射电路反向叠加半周期激励信号到换 能器两端，换能器获得新激励信号W加快余振声波信号衰减。
[0010] 优选的是，在所述的减小ADCP换能器盲区的方法中，所述步骤C)中反向叠加的半 周期激励信号的形式为：
[0011] 令x(t)为原激励信号，且其为单频信号，Ot nT，T为激励信号的周期，n为正整数。 则反向叠加的半周期信号为xi(t) = x(t)，nT t(n0.5)T。
[0012] 优选的是，在所述的减小ADCP换能器盲区的方法中，所述步骤c)中新激励信号为 、:(〇
[0013] 本发明的有益效果是本发明可在信号结束瞬间，即刻给换能器加上一个反向的短 时间的信号，可有效抑制衰减振荡的过程，减小ADCP换能器盲区。
【附图说明】
[0014] 图I为本发明的具体步骤示意图。
[0015] 图2在原激励信号作用下的余振衰减。
[0016] 图3在新激励信号作用下的余振信号。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应W此限制本发明的保护范围。
[0018] -种减小ADCP换能器盲区的方法，包含W下步骤：
[0019] a)ADCP的发射电路将激励信号加到换能器两端，换能器产生机械振动发出声波信 号；
[0020] b)激励信号停止后，换能器通过接收电路接收水体散射的回波信号，同时换能器 由于惯性产生余振，产生衰减振荡的余振声波信号，换能器根据余振声波信号停止后的回 波信号分析水体流速信息；
[0021] C)在步骤b)中的激励信号停止时，ADCP的发射电路反向叠加半周期激励信号到换 能器两端，换能器获得新激励信号W加快余振声波信号衰减。
[0022] 其中，反向叠加的半周期激励信号的形式为：
[0023] 令x(t)为原激励信号，且其为单频信号，Ot nT，T为激励信号的周期，n为正整数。 则反向叠加的半周期信号为xi(t) = x(t)，nT t(n0.5)T。
[0024] 新激励信号为。。
[0025] 流场中流速数据测量主要利用声学多普勒流速剖面仪（即ADCP) dADCP中的换能器 将声波信号与电信号进行相互转化，是发射电路和接收电路一体的系统。发射状态时，将一 定时间长度的激励信号加到换能器两端，换能器产生机械振动而发出声波信号。激励信号 停止时，换能器自动切换至接收状态，开始接收水体散射的回波信号W分析水体流速信息， 而此时的换能器由于惯性会产生余振，为衰减振荡的声波信号。由于接收散射回来的声波 靠的是同一换能器，在余振期间，水体散射的回波信号被淹没在余振信号中，只有等余足够 小或是停止后的回波信号才为有效信号。从激励信号停止至接收到有效信号运段时间内， 超声波所传输距离的一半称之为ADCP换能器盲区。运种新的ADCP换能器盲区优化方法，其 特征在于:通过在原激励信号时间长度的基础上，反向叠加半周期激励信号的方法得到新 的激励信号，在新的激励信号作用下，可W加快余振的衰减，达到衰减盲区的目的。主要包 括W下步骤：
[0026] (1)根据换能器原激励信号确定反向叠加的半周期信号形式。令x(t)为原激励信 号，且其为单频信号，Ot nT，T为激励信号的周期，n为正整数。则反向叠加的半周期信号为 xi(t) = x(t)，nT t(n0.5)T。
[0027] (2)确定反向叠加半周期信号后的新的激励信号关
[0028] (3)将新激励信号作为换能器激励信号。在信号结束瞬间，即刻给换能器加上一个 反向的短时间的信号，可有效抑制衰减振荡的过程，减小ADCP换能器盲区
[0029] 如图1，图2和图3所示，假设原激励信号为义(*)53111(2时〇，(^1^时，反向叠加的半 周期信号为xi(t)5sin(2f〇t)，n/f〇t(n0.5)/f〇,反向叠加半周期信号后的新激励信号为
将此信号作用于ADCP换能器，假设原激励信号 结束时刻，换能器余振的指数衰减形式为X (t) eht其中，h为衰减因子。取参数h8，f O 200化， nlO进行MATLAB仿真，得在原激励信号作用下的余振信号图2和在新激励信号作用下的余振 信号图3。由图2和图3的对比可发现，当原激励信号施加在ADCP换能器时，ADCP的余振幅度 呈现指数级衰减。新激励信号作用下，余振衰减速度明显加快。
[0030]尽管发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运 用，它完全可W被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实 现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于 特定的细节和运里示出与描述的配比示例。
【主权项】
1. 一种减小ADCP换能器盲区的方法，其特征在于:包含以下步骤： a) ADCP的发射电路将激励信号加到换能器两端，换能器产生机械振动发出声波信号； b) 激励信号停止后，换能器通过接收电路接收水体散射的回波信号，同时换能器由于 惯性产生余振，产生衰减振荡的余振声波信号，换能器根据余振声波信号停止后的回波信 号分析水体流速信息； c) 在步骤b)中的激励信号停止时，ADCP的发射电路反向叠加半周期激励信号到换能器 两端，换能器获得新激励信号以加快余振声波信号衰减。2. 如权利要求1所述的减小ADCP换能器盲区的方法，其特征在于，所述步骤c)中反向叠 加的半周期激励信号的形式为： 令x(t)为原激励信号，且其为单频信号，0 t nT，T为激励信号的周期，η为正整数。则反 向叠加的半周期信号为xi(t) = x(t)，nT t(n 0.5)Τ。3. 如权利要求1所述的减小ADCP换能器盲区的方法，其特征在于，所述步骤c)中新激励 信号为
【文档编号】G01P5/24GK105954539SQ201610542480
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】方衍, 方世良, 周翠翠
【申请人】南京世海声学科技有限公司