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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方世良
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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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