专利名称：超声脉冲低含沙量测量方法及其测量仪器的制作方法
技术领域：
本发明属于水文测量技术领域。
目前，国内外测量江河含沙量的方法，是以悬沙采样器为主。悬沙采样器分为横式瞬时采样器，竖式瞬时采样器，瓶式采样器等种类。但不管采用哪种采样器，都要用缆索将采样器放入水中，逐点或沿水深采取含沙水样，将水样过滤，并烘干称重，对沙样进行分析。
在采样的方法上，又分为瞬时采样和积时采样，瞬时式表示瞬间采样，而积时式是指采样时，要经历一段时间而不是瞬时的，这样在一定程度上克服含沙量波动的影响。又有所谓积点式和积深式，积点式是指在选定的固定点采样，而积深式是沿水深由上到下或由下向上移动采取沿垂线的沙样。
采样以后，首先要将含沙水样过滤，再烘干，称重来确定含沙量的大小。
一、用悬沙采样器测沙存在着以下问题1.当含沙量大，流速大时，采样困难，误差大。
2.当含沙量低时，由于沙粒在采样上的粘附，误差也大。
3.费时费力，一般需要十天左右才有结果。虽然存在着以上等问题，但迄今仍没有更好的方法来取代，因而现在在国内外，在江河中测沙仍以悬沙采样器为主。
二、同位素测沙法利用放射性同位素作为放射源，发射γ射线，由于光电效应，康普顿效应和电子对效应，使射线强度产生衰减。测沙时，将放射源放入水中，经过含沙水体后，射线发生衰减，利用闪烁计数器所接收到射线强度将减弱，其减弱的程度与水中的含沙量有关。同位素测沙就是根据这一原理而建立起来的。
这种方法多用来在含沙量较高的水流中测量水中的含沙量，当含沙量低时，误差很大，当含沙量低于1kg/M3时，不能应用，其最大的弱点，是放射性同位素对人体健康有害，因而不易推广。
三、振动式测沙仪振动式测沙仪是利用一根两端固定的空心管子，当含沙水流流过振动管时，影响振动管的振动频率。振动管的振动频率与水体的密度，或水体中之含沙测量有关。
美国CEC仪器公司和英国Solartron公司都有产品出售，在国内，云南大学也研制出一种样机，并于1983年通过鉴定。
这种振动式测沙仪也不宜于用来测量低含沙量，云南大学研制的仪器，当含沙量在10kg/M3以下，数据不稳，不便应用。
四、光电式测沙仪在国内外均有人研究用光电法测沙，由于受到沙粒色泽和粒径的影响，近十年来，已很少应用。
总上所述，过去所采用测沙方法，都存在着缺点，大都不能测量低含沙量。在以上几种方法中，能够在国内外持续在江河应用的是悬沙采样器。而这种方法，在高含沙中应用困难，在低含沙水流中误差较大，本发明型的特点是对低含沙量特别敏感，适于在低含沙河流中应用。
本发明是根据江河中测沙的需要，经过长期探索而提出来的一种新的测沙方法，为了实现这种测沙方法，而研制出的一套能快速检测低含沙量的超声仪器。
本发明的基本特征是通过向低含沙水体的被测点发射超声脉冲，当超声脉冲在含沙水体中传播时，在声阻抗相异的水与沙粒的界面上将产生反射波，对这些反射波进行接收并转换成电信号进行放大，在指定的时间内进行累计计数。由于反射波数与水体中的含沙量成一定的比例关系。因此，将累计所得的反射波数与预先根据已知的含沙量标定出的反射波计数与含沙量关系曲线进行对照，即可得到被测区域的含沙量。
由于所记回波数与含沙量之间的关系，在理论上有两个方面第一，被测区域的沙粒愈多，从沙粒上反射回来的回波数愈多，因而反射波数与含沙量成比例;第二是超声波在含沙水流中的衰减随着含沙量的增加而增大，而且被测点的反射回波受到悬浮于检测区域之上的沙粒所阻挡，因而当含沙量增加到一定程度时，反射波数的上升不成线性关系，当含沙量达到2kg/M3时呈饱和状态，本发明的测量范围为(0～2)kg/M3。
为了有效地实现上述方法测量低含沙水体中的含沙量，本发明研制了超声脉冲低含沙量测量仪，该测量仪主要由发射器、接受器、同步控制器及计数器所构成，所述的发射器由超声探头和发射电路所组成，发射电路采用双闸流管或可控硅式并且受同步控制器的控制，激发超声探头定时向被测水体发射幅度稳定的超声脉冲;接收器主要由超声探头，放大电路、取样电路和整形电路所组成，其中放大电路由脉冲放大器和检波放大器所组成且取样电路受控于同步控制器。由于从水体中反射回来的脉冲，其宽度一般约在1μs左右，因而脉冲放大器采用窄脉冲放大器，接收这些窄脉冲信号进行放大，然后再送入检波放大器去掉负向脉冲并且对正向脉冲进行放大，随之送入整形电路对被放大的正向脉冲进行整形，最后送入计数器进行计数。为了实现对被测区域范围的调节和控制，以及有效地捕捉被测区域水体的反射回波准确测量被测区域的含沙量，在接收器中设置有一个关键性的取样电路，它由两个单稳态电路所组成，可以使被测区域范围的园截面积在φ10～φ30的范围、垂直距离在10～100的范围内进行有效的调节。同步电路是为了协调计数器，发射电路和取样电路的有效工作而设置的，主要是控制发射电路、取样电路和计数器同步运行。
为了对被测区域范围水体的反射回波进行有效的监控，本发明所述的测量仪还可以在检波放大器的输出端设置一屏幕显示电路，以直观显示被测区域范围水体的反射回波。
本发明所述的超声脉冲低含沙量测量方法及其测量仪具有测量简单、快速、准确，经济易行，工作安全且适用性较强等优点，是低含沙水流测沙的较为理想的设备。
附图
一为本发明所述的超声脉冲低含沙量测量仪结构原理示意图图中1为发射电路;2为窄脉冲放大器;3为检波放大器;4为屏幕显示电路;5为取样电路;6为同步电路;7为整形电路;8为计数显示电路;9为超声探头。
权利要求
1.一种利用超声脉冲测量低含沙量的方法，其特征是所述的方法是通过向低含沙水流中发射超声脉冲并接收由此在水与沙粒的界面所产生的反射波，在指定的时间间隔内对反射脉冲累计计数，然后与预先标定的脉冲数-含沙量关系曲线进行查对，就可以求得被测的含沙量。
2.一种实现权利要求1所述方法测量低含沙量的超声脉冲低含沙量测量仪，是由发射器、接收器、同步控制器及计数器所构成，其特征在于所述的发射器由超声探头和发射电路所组成，其发射电路采用双闸流管式或可控硅式，且受控于同步控制器。所述的接收器由超声探头，放大电路，取样电路和整形电路所组成，其中放大电路内脉冲放大器和检波放大器所组成。取样电路受控于同步控制器。
3.如权利要求2所述的超声脉冲低含沙量测量仪，其特征在于所述的取样电路由两个单稳态电路所组成，其参数选择应能满足被测区域范围，垂直距离在10mm～100mm的范围内进行调节。
4.如权利要求2，3所述的超声脉冲低含沙量测量仪，其特征在于所述发射器的超声探头和所述接收器的超声探头可以是共同的，也可以是分开的。
5.如权利要求2，3所述的超声脉冲低含沙量测量仪，其特征是所述的脉冲放大器应采用窄脉冲放大器。
全文摘要
超声测沙方法和一种由发射电路、窄脉冲放大电路、检波放大器、屏幕显示电路、取样电路、整形电路、计数电路、同步电路、超声探头组成的超声脉冲低含沙水流测沙仪。其特征是由超声探头向低含沙水流中发射超声脉冲，水中沙粒产生反射波并由同一探头接收，在指定时间间隔内对反射脉冲计数，与预先标定的沙量曲线对照。即可得出含沙量。该仪器测沙范围为(0～2)kg/m
文档编号G01N29/02GK1047573SQ8910347
公开日1990年12月5日 申请日期1989年5月20日 优先权日1989年5月20日
发明者唐懋官, 舒乃秋 申请人:武汉水利电力学院