聚焦式超声泥沙浓度及粒径分布测量系统研制

发布时间：2020-04-26 07:09

【摘要】：悬移质的粒径分布是天然水体检测中的主要参数之一。水情研究、水资源利用和管理、水域土地规划、水利工程的建设和维护等众多天然水体检测相关领域都对悬移质粒径的准确计量提出了较高的要求。以超声波传播的衰减效应为基本原理,本文提出了一种基于聚焦式超声波换能器的悬移质粒径分布测量方法,结合人工蜂群反演算法对三种不同分布的悬移泥沙的粒径分布进行了研究。主要完成工作有:(1)提出了一种聚焦声场下的超声波悬移质粒径分布测量方法。设计并加工了一种球面自聚焦的超声波换能器,并以此为核心器件搭建了超声波衰减实验系统。根据实验条件确定了筛分法作为对照方法,相应地,设计了对照方法的实验方案。(2)基于超声波衰减效应,在已搭建的实验装置上开展了超声波衰减实验。利用筛分法获得三组不同粒径分布的样本A、B、C,并在不同的超声波频率下进行超声实验。采用适当分解层数的小波变换提高超声波衰减反馈波形的信噪比,结合傅里叶变换提取三个回波信号的幅值,经计算获得了三个样本不同频率下实验衰减系数。(3)以ECAH模型为理论模型,结合超声波衰减实验所得的衰减系数,根据人工蜂群算法反演得到三个样本的粒径分布值。通过与筛分法的粒径分布结果对比,在本文的实验范围内样本A、B和C的最大相对误差小于35%,平均相对误差在±1%以内,样本均值误差在不高于6%,D_(50)和D_(90)的相对误差分别在±5%和±9%以内。表明本文所提出的方法在特定频率和粒径范围内对悬移质粒径分布测量具有相对理想的测量效果。
【图文】：

中国计量大学硕士学位论文率 f：828 kHz、829 kHz；抗频率 fm：25792 kHz、25538 kHz；抗频率 fn：25792 kHz、25538 kHz；合系数 kp：0.533、0.559；：25510 Pf、25990 Pf。组先前的研究成果证明，聚焦式换能器的一发产生的回波波形清晰完整，且衰减现象更明显测量实验。由于在一发一收式的情况下，在焦播形成发散性声束再被接收换能器接收，两个。由压电陶瓷片的尺寸数据可以计算出，理想78cm 时，发射换能器发出的所有声波恰好被接工方便性考虑，，本实验将两个换能器分别安 1 70mm、壁厚为 10mm 的有机玻璃水槽上相方式如图 3.4 所示。

实验装置实物图
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB55;TV149

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本文编号：2641237