【摘 要】
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声学多普勒流速剖面仪(ADCP)利用多普勒效应,可以同时测得水流剖面不同水层的流速分布。其测量水域流速具有高分辨率,高精度,便携等优势,在水文监测领域具有重要意义。国外研
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声学多普勒流速剖面仪(ADCP)利用多普勒效应,可以同时测得水流剖面不同水层的流速分布。其测量水域流速具有高分辨率,高精度,便携等优势,在水文监测领域具有重要意义。国外研究ADCP起步早,基础好,现在已经具备比较成熟的研制技术。而国内由于起步晚,技术基础薄弱,对于ADCP的研究还处于发展阶段,目前还没有性能达到商用水平的产品问世。本文基于ADCP在研制过程中的几点关键技术进行深入研究,在理论分析的基础上结合实验不断对实验样机进行改善,有效地提高了样机的性能水平,具体工作如下:1.对超声波发射技术进行研究。基于超声波在水中传播时衰减快而导致ADCP测量范围小,难以在较深水域获得全面的流速信息。超声波发射单元采用两个功放管进行推挽驱动,配合变压器升压,并加入阻抗匹配电路,实现了大功率发射。针对ADCP系统中超声换能器为收发一体而导致的盲区较大问题,分析了发射功率对于盲区的影响,提出了发射功率可调的设计思路。2.对信号接收处理技术进行研究。针对超声波回波信号信噪比低,采用多种方式来抑制不同的噪声,主要是设计LC选频放大电路滤除环境噪声和加入屏蔽器等抑制EMI噪声。在提高了信号信噪比的同时还引入了自动增益控制(AGC)环节,优化了回波信号的衰减特性。混频电路的加入则降低了系统的采样率和数据量,有利于流速信息的实时处理。3.对软件滤波技术进行研究,引入线性滤波器来提高ADCP的精度。介绍了维纳滤波器的设计原理并进行仿真实验。在指出ADCP使用维纳滤波器的局限后,引入卡尔曼滤波,并进行了性能测试。4.基于关键技术的研究进行样机整体设计。介绍了样机的硬件方案设计、软件方案设计以及通信协议的设计。
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