CN105954539A - 一种减小adcp换能器盲区的方法 - Google Patents

一种减小adcp换能器盲区的方法 Download PDF

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Abstract

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。

Description

一种减小ADCP换能器盲区的方法
技术领域
本发明属于水声信号测量技术领域,尤其涉及一种减小ADCP换能器盲区的方法。
背景技术
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可以以时间为尺度,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。
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
为了克服以上不足,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。
本发明提供的技术方案为:
一种减小ADCP换能器盲区的方法,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。
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:
令x(t)为原激励信号,且其为单频信号,0t 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x1(t)=x(t),nT t(n0.5)T。
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
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
图1为本发明的具体步骤示意图。
图2在原激励信号作用下的余振衰减。
图3在新激励信号作用下的余振信号。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述,但不应以此限制本发明的保护范围。
一种减小ADCP换能器盲区的方法,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。
其中,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,0t 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x1(t)=x(t),nT t(n0.5)T。
新激励信号为
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)。ADCP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以分析水体流速信息,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这段时间内,超声波所传输距离的一半称之为ADCP换能器盲区。这种新的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,可以加快余振的衰减,达到衰减盲区的目的。主要包括以下步骤:
(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,0t 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x1(t)=x(t),nT t(n0.5)T。
(2)确定反向叠加半周期信号后的新的激励信号为
(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
如图1,图2和图3所示,假设原激励信号为x(t)5sin(2f0t),0t n/f0,反向叠加的半周期信号为x1(t)5sin(2f0t),n/f0t(n0.5)/f0,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,f0 200Hz,n10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。
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,它完全可以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这里示出与描述的配比示例。

Claims (3)

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,n为正整数。则反向叠加的半周期信号为x1(t)=x(t),nT t(n 0.5)T。
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
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