CN115639377A - 一种水下声学多普勒正负流测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声波测量技术领域，尤其涉及一种水下声学多普勒正负流测量方法及系统。通过主处理器控制第一DDS信号发生器生成与超声波发射换能器的中心频率不同频率的信号并发送至第一上下变频混频器；设置第一阻带陷波器的中心频率为第一DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值；并将第一混频信号发送至第一阻带陷波器中滤除与第一阻带陷波器的中心频率相等的信号得到第一有效信号；通过上述操作才能解调真实信号，并且再通过主处理器判断由第一有效信号得到的第一低频信号是否大于第一预设阈值，若是，则判定当前水流方向为正流向；若否，则判定当前水流方向为负流向，从而实现水下声学多普勒正负流测量功能。

Description

一种水下声学多普勒正负流测量方法及系统

技术领域

本发明涉及超声波测量技术领域，尤其涉及一种水下声学多普勒正负流测量方法及系统。

背景技术

目前现有的水下超声波测流方案多采用超声波普勒效应为基础，具体工作流程为：主处理器生成以超声波发射换能器为中心频率的连续波序列，通过功率放大器进行阻抗匹配来提升发射电压，作用于超声波发射换能器，产生2MHz的超声波信号，经过水中的微颗粒介质反射到接收换能器上。由于实际超声波多普勒回波信号很微小，一般为几十毫伏，所以要对接收的回波信号进行高频放大，同时去掉回波信号中的各种噪声信号。高频信号放大后的回波信号通过混频器进行上下频变换，通过低通滤波器变频的高频信号并进行下变频信号放大。放大后的低频信号进入主处理器，主处理器通过调用DSP数字信号处理技术，对超声波多普勒回波信号进行FFT计算，通过估算频谱峰值位置得出重心频率，进而换算出流速。

很多工况像海水倒灌入海口的流速测量都是存在正负流速且低流速的情况，然而，由于混频器的IF信号是采用功率放大器的本振信号，所以两相流速的多普勒频偏均为单相多普勒频偏，故双向流的多普勒信号无法区分正负符号，也就是说，使用无方向识别的超声波多普勒流速仪是无法准确测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种水下声学多普勒正负流测量方法及系统，具有方向识别功能。

为了解决上述技术问题，本发明采用的第一种技术方案为：

一种水下声学多普勒正负流测量方法，用于水下测量，包括以下步骤：

S1、主处理器生成以超声波发射换能器为中心频率的连续波序列，将所述连续波序列进行功率放大处理后通过超声波发射换能器发出；同时控制第一DDS信号发生器生成与超声波发射换能器的中心频率不同频率的信号并发送至第一上下变频混频器；

设置第一阻带陷波器的中心频率，所述第一阻带陷波器的中心频率为第一DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值；

S2、超声波接收换能器接收回波信号，通过低噪声高频放大器对接收到的回波信号做高频放大处理后发送至第一上下变频混频器；

S3、第一上下变频混频器对高频放大处理后回波信号进行上下变频处理后得到第一混频信号；

S4、将所述第一混频信号发送至第一阻带陷波器中滤除与步骤S1中第一阻带陷波器的中心频率相等的信号，得到第一有效信号；

S5、将所述第一有效信号发送至第一低频信号放大器进行低频信号放大处理，得到第一低频信号，将所述第一低频信号发送至主处理器；

S6、主处理器判断所述第一低频信号是否大于第一预设阈值，若是，则判定当前水流方向为正流向；若否，则判定当前水流方向为负流向。

本发明采用的第二种技术方案为：

一种水下声学多普勒正负流测量系统，应用于上述的一种水下声学多普勒正负流测量方法中，包括主处理器、功率放大器、超声波发射换能器、超声波接收换能器、低噪声高频放大器、第一上下变频混频器和第一低频信号放大器；所述主处理器与功率放大器的输入端电连接，所述功率放大器的输出端与超声波发射换能器的输入端电连接；所述超声波接收换能器的输出端与低噪声高频放大器的输入端电连接，所述低噪声高频放大器的输出端与第一上下变频混频器的输入端电连接，所述第一低频信号放大器的输出端与所述主处理器电连接，还包括第一DDS信号发生器和第一阻带陷波器；所述第一DDS信号发生器的输入端与主处理器电连接，所述第一DDS信号发生器的输出端与第一上下变频混频器的输入端电连接，所述第一阻带陷波器的输入端与第一上下变频混频器的输出端电连接，所述第一阻带陷波器的输出端与第一低频信号放大器的输入端电连接。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种水下声学多普勒正负流测量方法及系统，通过主处理器控制第一DDS信号发生器生成与超声波发射换能器的中心频率不同频率的信号并发送至第一上下变频混频器；设置第一阻带陷波器的中心频率，所述第一阻带陷波器的中心频率为第一DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值；并且将所述第一混频信号发送至第一阻带陷波器中滤除与步骤S1中第一阻带陷波器的中心频率相等的信号，得到第一有效信号；通过上述操作才能解调真实信号，并且再通过主处理器判断由第一有效信号得到的第一低频信号是否大于第一预设阈值，若是，则判定当前水流方向为正流向；若否，则判定当前水流方向为负流向，从而实现水下声学多普勒正负流测量功能。

附图说明

图1为本发明的一种水下声学多普勒正负流测量方法的步骤流程图；

图2为本发明的一种水下声学多普勒正负流测量系统的结构示意图；

图3为本发明的一种水下声学多普勒正负流测量系统的测量工况示意图；

图4为本发明的一种水下声学多普勒正负流测量系统的阻带陷波器的波特图；

标号说明：

1、主处理器；2、功率放大器；3、超声波发射换能器；4、超声波接收换能器；5、低噪声高频放大器；6、第一DDS信号发生器；7、第一上下变频混频器；8、第一阻带陷波器；9、第一低频信号放大器；10、第二DDS信号发生器；11、第二上下变频混频器；12、第二阻带陷波器；13、第二低频信号放大器。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，本发明提供的一种水下声学多普勒正负流测量方法，用于水下测量，包括以下步骤：

S1、主处理器生成以超声波发射换能器为中心频率的连续波序列，将所述连续波序列进行功率放大处理后通过超声波发射换能器发出；同时控制第一DDS信号发生器生成与超声波发射换能器的中心频率不同频率的信号并发送至第一上下变频混频器；

设置第一阻带陷波器的中心频率，所述第一阻带陷波器的中心频率为第一DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值；

S2、超声波接收换能器接收回波信号，通过低噪声高频放大器对接收到的回波信号做高频放大处理后发送至第一上下变频混频器；

S3、第一上下变频混频器对高频放大处理后回波信号进行上下变频处理后得到第一混频信号；

S4、将所述第一混频信号发送至第一阻带陷波器中滤除与步骤S1中第一阻带陷波器的中心频率相等的信号，得到第一有效信号；

S5、将所述第一有效信号发送至第一低频信号放大器进行低频信号放大处理，得到第一低频信号，将所述第一低频信号发送至主处理器；

S6、主处理器判断所述第一低频信号是否大于第一预设阈值，若是，则判定当前水流方向为正流向；若否，则判定当前水流方向为负流向。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种水下声学多普勒正负流测量方法，通过主处理器控制第一DDS信号发生器生成与超声波发射换能器的中心频率不同频率的信号并发送至第一上下变频混频器；设置第一阻带陷波器的中心频率，所述第一阻带陷波器的中心频率为第一DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值；并且将所述第一混频信号发送至第一阻带陷波器中滤除与步骤S1中第一阻带陷波器的中心频率相等的信号，得到第一有效信号；通过上述操作才能解调真实信号，并且再通过主处理器判断由第一有效信号得到的第一低频信号是否大于第一预设阈值，若是，则判定当前水流方向为正流向；若否，则判定当前水流方向为负流向，从而实现水下声学多普勒正负流测量功能。

进一步的，步骤S6还包括：

主处理器对第一低频信号进行FFT计算，通过估算频谱峰值位置得出对应的中心频率，并根据得出的中心频率换算出对应的流速值。

由上述描述可知，通过上述方式，能够根据信号计算出对应的流速值。

进一步的，步骤S1还包括：

主处理器控制第二DDS信号发生器生成与超声波发射换能器的中心频率不同频率的信号并发送至第二上下变频混频器；设置第二阻带陷波器的中心频率，所述第二阻带陷波器的中心频率为第二DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值；

步骤S2还包括：

同时将高频放大处理后的回波信号发送至第二上下变频混频器；

步骤S3还包括：

第二上下变频混频器对高频放大处理后回波信号进行上下变频处理后得到第二混频信号；

步骤S4还包括：

将所述第二混频信号发送至第二阻带陷波器中滤除与步骤S1中第二阻带陷波器的中心频率相等的信号，得到第二有效信号；

步骤S5还包括：

将所述第二有效信号发送至第二低频信号放大器进行低频信号放大处理，得到第二低频信号，将所述第二低频信号发送至主处理器。

由上述描述可知，通过上述设计，主处理器控制第二DDS信号发生器生成与超声波发射换能器的中心频率不同频率的信号并发送至第二上下变频混频器；所述第二DDS信号发生器生成的信号的频率与第一DDS信号发生器生成的信号的频率不相等，实现宽量程设计，并且两个阻带陷波器设置不同的中心频率，可分别用于检测低流速信号和高流速信号。

参阅图2，本发明还提供一种水下声学多普勒正负流测量系统，应用于上述的一种水下声学多普勒正负流测量方法中，包括主处理器、功率放大器、超声波发射换能器、超声波接收换能器、低噪声高频放大器、第一上下变频混频器和第一低频信号放大器；所述主处理器与功率放大器的输入端电连接，所述功率放大器的输出端与超声波发射换能器的输入端电连接；所述超声波接收换能器的输出端与低噪声高频放大器的输入端电连接，所述低噪声高频放大器的输出端与第一上下变频混频器的输入端电连接，所述第一低频信号放大器的输出端与所述主处理器电连接，还包括第一DDS信号发生器和第一阻带陷波器；所述第一DDS信号发生器的输入端与主处理器电连接，所述第一DDS信号发生器的输出端与第一上下变频混频器的输入端电连接，所述第一阻带陷波器的输入端与第一上下变频混频器的输出端电连接，所述第一阻带陷波器的输出端与第一低频信号放大器的输入端电连接。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种水下声学多普勒正负流测量系统，通过主处理器控制第一DDS信号发生器生成与超声波发射换能器的中心频率不同频率的信号并发送至第一上下变频混频器；设置第一阻带陷波器的中心频率，所述第一阻带陷波器的中心频率为第一DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值；并且将所述第一混频信号发送至第一阻带陷波器中滤除与步骤S1中第一阻带陷波器的中心频率相等的信号，得到第一有效信号；通过上述操作才能解调真实信号，并且再通过主处理器判断由第一有效信号得到的第一低频信号是否大于第一预设阈值，若是，则判定当前水流方向为正流向；若否，则判定当前水流方向为负流向，从而实现水下声学多普勒正负流测量功能。

进一步的，所述第一阻带陷波器的中心频率为第一DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值。

进一步的，还包括第二上下变频混频器、第二低频信号放大器、第二DDS信号发生器和第二阻带陷波器；

所述第二DDS信号发生器的输入端与主处理器电连接，所述第二DDS信号发生器的输出端和低噪声高频放大器的输出端分别与第二上下变频混频器的输入端电连接，第二上下变频混频器的输出端与第二阻带陷波器的输入端电连接，所述第二阻带陷波器的输出端与第二低频信号放大器的输入端电连接，所述第二低频信号放大器的输出端与所述主处理器电连接。

进一步的，所述第二阻带陷波器的中心频率为第二DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值；所述第二DDS信号发生器生成的信号的频率与第一DDS信号发生器生成的信号的频率不相等。

由上述描述可知，通过上述设计，主处理器控制第二DDS信号发生器生成与超声波发射换能器的中心频率不同频率的信号并发送至第二上下变频混频器；所述第二DDS信号发生器生成的信号的频率与第一DDS信号发生器生成的信号的频率不相等，实现宽量程设计，并且两个阻带陷波器设置不同的中心频率，可分别用于检测低流速信号和高流速信号。

请参照图1、图3和图4，本发明的实施例一为：

本发明提供的一种水下声学多普勒正负流测量方法，用于水下测量，包括以下步骤：

S1、主处理器生成以超声波发射换能器为中心频率的连续波序列，将所述连续波序列进行功率放大处理后通过超声波发射换能器发出；同时控制第一DDS信号发生器生成与超声波发射换能器的中心频率不同频率的信号并发送至第一上下变频混频器；主处理器控制第二DDS信号发生器生成与超声波发射换能器的中心频率不同频率的信号并发送至第二上下变频混频器；所述第二DDS信号发生器生成的信号的频率与第一DDS信号发生器生成的信号的频率不相等；

设置第一阻带陷波器的中心频率，所述第一阻带陷波器的中心频率为第一DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值；设置第二阻带陷波器的中心频率，所述第二阻带陷波器的中心频率为第二DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值；

S2、超声波接收换能器接收回波信号，通过低噪声高频放大器对接收到的回波信号做高频放大处理后发送至第一上下变频混频器；同时将高频放大处理后的回波信号发送至第二上下变频混频器；

S3、第一上下变频混频器对高频放大处理后回波信号进行上下变频处理后得到第一混频信号；第二上下变频混频器对高频放大处理后回波信号进行上下变频处理后得到第二混频信号；

S4、将所述第一混频信号发送至第一阻带陷波器中滤除步骤S1中第一阻带陷波器的中心频率相等的信号，得到第一有效信号；将所述第二混频信号发送至第二阻带陷波器中滤除步骤S1中第二阻带陷波器的中心频率相等的信号，得到第二有效信号；

S5、将所述第一有效信号发送至第一低频信号放大器进行低频信号放大处理，得到第一低频信号，将所述第一低频信号发送至主处理器；将所述第二有效信号发送至第二低频信号放大器进行低频信号放大处理，得到第二低频信号，将所述第二低频信号发送至主处理器。

S6、主处理器判断所述第一低频信号是否大于第一预设阈值，若是，则判定当前水流方向为正流向；若否，则判定当前水流方向为负流向。同样，主处理器判断所述第二低频信号是否大于第二预设阈值，若是，则判定当前水流方向为正流向；若否，则判定当前水流方向为负流向。其中，第一预设阈值和第二预设阈值可根据实际设置。

步骤S6还包括：

主处理器对第一低频信号进行FFT计算，通过估算频谱峰值位置得出对应的中心频率，并根据得出的中心频率换算出对应的流速值。

根据声学多普勒效应，当声源和观察者之间有相对运动时，观察者所感受到的声频率将不同于声源所发出的频率。这个因相对运动而产生的频率变化与两物体的相对速度成正比。在超声波多普勒流量测量方法中，超声波发射器为一固定声源，随流体一起运动的固体颗粒起了与声源有相对运动的“观察者”的作用，当然它仅仅是把入射到固体颗粒上的超声波反射回接收器上。发射声波与接收声波之间的频率差，就是由于流体中固体颗粒运动而产生的声波多普勒频移，由于这个频率差正比于流体流速，所以测量频差可以求得流速，进而可以得到流体的流量。因此，超声波多普勒流量测量的一个必要的条件是：被测流体介质应是含有一定数量能反射声波的固体粒子或气泡等。水质干净，或者超低流则无法准确测量。

原理算法如下：

根据多普勒频移方程，频移的大小：

ΔFd＝(2F₀*V*cosθ)/(C-V*cosθ) <1>

式中：△F_d为多普勒频移；F₀为发射超声波频率；C为水中声速；V为水的流速；θ为发射波束和接收波束相对于河水流方向的夹角；其中，C远大于V·cosθ；

上述<1>式可简化为：

△F_d＝2F₀*V*cosθ/C <2>

所以：V＝(1/(2F₀*cosθ))*C*△F_d＝K*C*△F_d <3>

超声波发射频率为常数，换能器夹角安装后固定不变，所以K为常数。由式<3>可见，流速V和多普勒频移△F_d，水的声速C成正比，只要检测出多普勒频移△F_d和水的声速C，即可计算出流速。在本仪器中，C由温度值换算得来。

如图3所示，超声波发射信号有T1和T2信号，接收信号有R1和R2，并且T1-R1基本是传感器外壳振荡的干扰信号，此信号强度远远大于T2-R2信号，所以必须去掉T1-R1信号才能准确检测出真实信号T2-R2。

本发明提供的一种水下声学多普勒正负流测量方法的详细工作原理为：

主处理器控制两路DDS信号发生器生成的信号频率分别是F1和F2的连续波序列，主处理器产生频率为Ft的信号通过功率放大器进行阻抗匹配来提升发射电压，作用于超声波发射换能器通过电能转换机械能，产生2MHz的超声波信号，经过水中的微颗粒介质反射到接收换能器上。由于实际超声波多普勒回波信号很微小，一般为几十毫伏，所以要对接收的回波信号进行高频放大，同时去掉回波信号中的各种噪声信号。高频信号放大后的回波信号通过两过混频器分别进行上下频变换，变频后的低频信号分别通过带阻陷波器中心频率F2和带阻陷波器中心频率F1模块来去除发射信号Ft，其实F信号就是第2点中描述的T1-R1信号，所以必须去除才能解调真实信号，之所以有两路阻带陷波器是因为有源带阻陷波器是有带宽限制的，频率越高带宽越大，所以本技术带阻陷波器中心频率F1主要是检测低流速信号，带阻陷波器中心频率F2主要是检测高流速信号，通过两路低通信号发生器过来的信号既能检测低流又能识别高流并且具有方向识别，使得测流的量程变宽。主处理器通过调用DSP数字信号处理技术，对超声波多普勒回波信号进行FFT计算，通过估算频谱峰值位置得出重心频率，当检测出的信号频率大于Ft则正流，小于Ft则负流。

如图4所示，是阻带陷波器的波特图，可以看出中心点的f₀频率越大则带宽的频率也越大。

本系统测量水中颗粒多普勒频移对应的流速关系是V＝ΔF*K。其中ΔF就是超声波发射信号与水中颗粒物反射回来的超声波信号差值，K受水温和结构影响，一旦结构固定，在常温情况下K也就固定，本传感器主机经过率定后在25℃水温下得出K＝0.3，也就是V＝ΔF*0.3。

阻带陷波器B参数选择，f₀＝|F1-Ft|，由于阻带陷波器B通道主要是要测量水中颗粒物在低流的多普勒频偏，所以f₀取值不易过大，本系统f₀取值1KHz，则F1＝1.999MHz，Ft＝2.000MHz。带宽内频率为1KHz*10％＝100Hz，此段频率就是盲区流速，对应的流速是±0.015m/s，满足低流性能要求，综合阻带陷波器B性能，对应的测流流速区域是-0.3m/s～-0.015m/s，+0.015m/s～+10m/s。

阻带陷波器A参数选择，f₀＝|F2-Ft|，由于阻带陷波器A通道主要是要测量水中颗粒物在高流的多普勒频偏，所以f₀取值相对大一点，本系统f₀取值40KHz，则F1＝1.996MHz，Ft＝2.000MHz。带宽内频率为40KHz*10％＝400Hz，此段频率就是盲区流速，对应的流速是±0.060m/s，综合阻带陷波器A性能，对应的测流流速区域是-10m/s～-0.06m/s，+0.06m/s～+10m/s。

结合阻带陷波器A和阻带陷波器B的性能，主处理器同步处理ΔFA和ΔFB信号，当ΔFA测得有效信号则采用ΔFA进行流速换算，当ΔFA无有效信号则看下ΔFB信号是否有效，ΔFB信号有效则取ΔFB进行流速换算，当ΔFB信号也无效则说明无流速。

为方便理解本方案的具体原理，举以下例子，以示说明，但不局限于该例子。

F信号时序是2.000MHz正弦波，F1信号时序是1.999MHz正弦波，F2信号时序是1.990MHz正弦波。本系统传感器有两个，一个是发射传感器(超声波发射换能器)，一个是接收传感器(超声波接收换能器)，其中F信号驱动放大器作用于发射传感器，F1和F2只是作为本振信号给混频器进行上下变频作用。之所以要产生两个本振信号是因为陷波器有一定的带宽限制，在带宽一样的情况下，陷波器的中心频率越高，则带宽内的信号频率也越高。

超声波发射频率是F＝2.000MHz，经过水中颗粒的反射回到接收传感器上，水流流速为+10m/s，则对应的超声波回波信号频率是2.001MHz；水流流速为－10m/s，则对应的超声波回波信号频率是1.990MHz。假定现在的水流流速是+0.1m/s，则对应的超声波回波信号频率是2.0001MHz，此信号是T2-R2路径，但是路径T1-R1是由壳体振动传导或者传感器水头影响的慢流速则接收传感器会有两个信号2.000MHz和2.0001MHz，并且2.000MHz的信号回波强度是2.0001MHz回波强度的数百倍，所以必须除掉2.000MHz信号才能准确测量出2.0001MHz信号，传统的无正负识别的电路处理方式是将发射信号F＝2.000MHz信号作用于IF上，采用混频器将2.000MHz信号下变频为直流信号，经过低通滤波器就能提取出0.0001MHz的信号，但是由于采用2.000MHz作为IF信号，所以在回波信号大于或小于2.000MHz情况下都只能得出绝对值，不能识别正负符号的流速。

本系统采用两个陷波器的方式成功解决宽范围的正负流速问题，还是假定现在的水流流速是+0.1m/s，则对应的超声波回波信号频率是2.0001MHz，DDS产生F1＝1.999MHz，陷波器的中心频率是0.001MHz，带宽是0.000905MHz～0.00105MHz，带宽内衰减系数是40dB，T1-R1和T2-R2路径的信号通过F1混频出来的频率是0.0001MHz和0.0011MHz，此信号通过陷波器则只剩下0.0011MHz的真实信号，成功解调出低流速信号，并且由于混频出来的信号频率大于0.001MHz，则说明现在是正流向。同理能分析出负流速和大量程的流速，当流速大于0.5m/s，就会采用F2信号的混频器通道。

需要说明的是，正流向为图3中微颗粒朝向传感器的方向。负流向则是与正流向相反的方向。

请参照图2，本发明的实施例二为：

本发明还提供一种水下声学多普勒正负流测量系统，应用于上述的一种水下声学多普勒正负流测量方法中，包括主处理器1、功率放大器2、超声波发射换能器3、超声波接收换能器4、低噪声高频放大器5、第一上下变频混频器7和第一低频信号放大器9；所述主处理器1与功率放大器2的输入端电连接，所述功率放大器2的输出端与超声波发射换能器3的输入端电连接；所述超声波接收换能器4的输出端与低噪声高频放大器5的输入端电连接，所述低噪声高频放大器5的输出端与第一上下变频混频器7的输入端电连接，所述第一低频信号放大器9的输出端与所述主处理器1电连接，还包括第一DDS信号发生器6和第一阻带陷波器8；所述第一DDS信号发生器6的输入端与主处理器1电连接，所述第一DDS信号发生器6的输出端与第一上下变频混频器7的输入端电连接，所述第一阻带陷波器8的输入端与第一上下变频混频器7的输出端电连接，所述第一阻带陷波器8的输出端与第一低频信号放大器9的输入端电连接。

所述第一阻带陷波器8的中心频率为第一DDS信号发生器6生成的信号的频率与超声波发射换能器3的中心频率的差值。

上述的水下声学多普勒正负流测量系统还包括第二上下变频混频器11、第二低频信号放大器13、第二DDS信号发生器10和第二阻带陷波器12；

所述第二DDS信号发生器10的输入端与主处理器1电连接，所述第二DDS信号发生器10的输出端和低噪声高频放大器13的输出端分别与第二上下变频混频器11的输入端电连接，第二上下变频混频器11的输出端与第二阻带陷波器12的输入端电连接，所述第二阻带陷波器12的输出端与第二低频信号放大器13的输入端电连接，所述第二低频信号放大器13的输出端与所述主处理器1电连接。

所述第二阻带陷波器12的中心频率为第二DDS信号发生器10生成的信号的频率与超声波发射换能器3的中心频率的差值；所述第二DDS信号发生器10生成的信号的频率与第一DDS信号发生器6生成的信号的频率不相等。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种水下声学多普勒正负流测量方法，用于水下测量，其特征在于，包括以下步骤：

S1、主处理器生成以超声波发射换能器为中心频率的连续波序列，将所述连续波序列进行功率放大处理后通过超声波发射换能器发出；同时控制第一DDS信号发生器生成与超声波发射换能器的中心频率不同频率的信号并发送至第一上下变频混频器；

设置第一阻带陷波器的中心频率，所述第一阻带陷波器的中心频率为第一DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值；

S2、超声波接收换能器接收回波信号，通过低噪声高频放大器对接收到的回波信号做高频放大处理后发送至第一上下变频混频器；

S3、第一上下变频混频器对高频放大处理后回波信号进行上下变频处理后得到第一混频信号；

S4、将所述第一混频信号发送至第一阻带陷波器中滤除与步骤S1中第一阻带陷波器的中心频率相等的信号，得到第一有效信号；

S5、将所述第一有效信号发送至第一低频信号放大器进行低频信号放大处理，得到第一低频信号，将所述第一低频信号发送至主处理器；

S6、主处理器判断所述第一低频信号是否大于第一预设阈值，若是，则判定当前水流方向为正流向；若否，则判定当前水流方向为负流向。

2.根据权利要求1所述的一种水下声学多普勒正负流测量方法，其特征在于，步骤S6还包括：

主处理器对第一低频信号进行FFT计算，通过估算频谱峰值位置得出对应的中心频率，并根据得出的中心频率换算出对应的流速值。

3.根据权利要求1所述的一种水下声学多普勒正负流测量方法，其特征在于，步骤S1还包括：

主处理器控制第二DDS信号发生器生成与超声波发射换能器的中心频率不同频率的信号并发送至第二上下变频混频器；所述第二DDS信号发生器生成的信号的频率与第一DDS信号发生器生成的信号的频率不相等；设置第二阻带陷波器的中心频率，所述第二阻带陷波器的中心频率为第二DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值；

步骤S2还包括：

同时将高频放大处理后的回波信号发送至第二上下变频混频器；

步骤S3还包括：

第二上下变频混频器对高频放大处理后回波信号进行上下变频处理后得到第二混频信号；

步骤S4还包括：

将所述第二混频信号发送至第二阻带陷波器中滤除与步骤S1中第二阻带陷波器的中心频率相等的信号，得到第二有效信号；

步骤S5还包括：

将所述第二有效信号发送至第二低频信号放大器进行低频信号放大处理，得到第二低频信号，将所述第二低频信号发送至主处理器。

4.一种水下声学多普勒正负流测量系统，应用于权利要求1至3任意一项所述的一种水下声学多普勒正负流测量方法中，其特征在于，包括主处理器、功率放大器、超声波发射换能器、超声波接收换能器、低噪声高频放大器、第一上下变频混频器和第一低频信号放大器；所述主处理器与功率放大器的输入端电连接，所述功率放大器的输出端与超声波发射换能器的输入端电连接；所述超声波接收换能器的输出端与低噪声高频放大器的输入端电连接，所述低噪声高频放大器的输出端与第一上下变频混频器的输入端电连接，所述第一低频信号放大器的输出端与所述主处理器电连接，还包括第一DDS信号发生器和第一阻带陷波器；所述第一DDS信号发生器的输入端与主处理器电连接，所述第一DDS信号发生器的输出端与第一上下变频混频器的输入端电连接，所述第一阻带陷波器的输入端与第一上下变频混频器的输出端电连接，所述第一阻带陷波器的输出端与第一低频信号放大器的输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的一种水下声学多普勒正负流测量系统，其特征在于，所述第一阻带陷波器的中心频率为第一DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值。

6.根据权利要求4所述的一种水下声学多普勒正负流测量系统，其特征在于，还包括第二上下变频混频器、第二低频信号放大器、第二DDS信号发生器和第二阻带陷波器；

所述第二DDS信号发生器的输入端与主处理器电连接，所述第二DDS信号发生器的输出端和低噪声高频放大器的输出端分别与第二上下变频混频器的输入端电连接，第二上下变频混频器的输出端与第二阻带陷波器的输入端电连接，所述第二阻带陷波器的输出端与第二低频信号放大器的输入端电连接，所述第二低频信号放大器的输出端与所述主处理器电连接。

7.根据权利要求6所述的一种水下声学多普勒正负流测量系统，其特征在于，所述第二阻带陷波器的中心频率为第二DDS信号发生器生成的信号的频率与超声波发射换能器的中心频率的差值；所述第二DDS信号发生器生成的信号的频率与第一DDS信号发生器生成的信号的频率不相等。

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