一種采用音頻共振原理的黃河含沙量檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于黃河含沙量檢測技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種采用音頻共振原理的黃河含沙量 檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 黃河含沙量測量是黃河泥沙研究中的一個重要課題，如何快速、準確地測量黃河 含沙量一直是人們所關(guān)注的問題。實時監(jiān)測像黃河等多泥沙河流的泥沙含量、泥沙分布等 信息，可對水±流失的治理提供科學(xué)依據(jù)，也可防治因水±流失導(dǎo)致的自然災(zāi)害；同時也可 為河流水質(zhì)管理、河道清渺W及排水排沙提供科學(xué)指導(dǎo)。因此開展黃河含沙量自動監(jiān)測系 統(tǒng)的研發(fā)具有重要的實際意義，其相關(guān)成果具有廣闊的市場前景。
[0003] 然而目前現(xiàn)有的用于測量黃河泥沙含量的儀器和方法，在實際應(yīng)用中存在著一定 的局限性。如人工取樣法，雖有很高的精度，但是其測量周期長、勞動強度大，又因人工采樣 時浮泥的層次結(jié)構(gòu)受到擾動，因而所測的結(jié)果不能反映現(xiàn)場狀況；光電法測量泥沙范圍較 窄；同位素法和丫射線法精度高，但放射源稀缺；振動筒法和電容法穩(wěn)定性較差，受溫度影 響大；而現(xiàn)有的基于壓差原理的壓力傳感器靈敏度低，主要用于海底浮泥層密度測量W及 紙漿池濃度測量等；超聲波的監(jiān)測設(shè)備存在運行不穩(wěn)定、易受水草纏繞阻擋等問題。因此， 需要一種能解決上述問題的泥沙含量檢測方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種采用音頻共振原理的黃河含沙量檢測系統(tǒng)，解決了目前黃河含 沙量測量方法復(fù)雜，精度低的問題。
[0005] 本發(fā)明一種采用音頻共振原理的黃河含沙量檢測系統(tǒng)包括音頻共振體，音頻共振 體由音頻共振左臂和音頻共振右臂組成；音頻共振左臂和音頻共振右臂分別與音頻共振體 共振激勵器連接，音頻共振體共振激勵器與音頻共振體共振頻率信號檢測器連接，溫度傳 感器、壓力傳感器黏貼在可延長軸上；可延長軸通過塑膠防振套和固支體螺旋絲相連接，塑 膠防振套能夠防止音叉共振的能量通過固支體螺旋絲傳遞到外界、防止能量損耗，固支體 螺旋絲安裝在音頻共振傳感器硬件電路的保護圓盒上，保護圓盒內(nèi)安裝有信息處理及發(fā)送 電路模塊，音頻共振體共振頻率信號檢測器通過電路連接信息處理及發(fā)送電路模塊，信息 處理及發(fā)送電路模塊通過檢測音叉共振體固有的振動頻率，確定黃河含沙量的大小，將黃 河含沙量的大小信息及溫度信息和壓力信息測量結(jié)果通過無線傳輸方式發(fā)送到外部的監(jiān) 測電腦上進行顯示。
[0006] 進一步，所述保護圓盒上設(shè)有密封蓋和電源線的進線孔。
[0007] 進一步，所述信息處理及發(fā)送電路模塊包括單片機，單片機分別通過電路連接運 行控制開關(guān)、模式設(shè)置開關(guān)、串口通信模塊、電源模塊、GPRS無線傳輸模塊、LCD現(xiàn)場顯示 屏、AD轉(zhuǎn)換模塊、音頻共振和維持電路，AD轉(zhuǎn)換模塊通過電路連接信號采集模塊，信號采集 模塊通過電路連接壓力傳感器、溫度傳感器和音頻共振體共振頻率信號檢測器。
[000引進一步，所述單片機巧片采用增強型的51單片機STC12c5a60s2巧片；所述溫度傳 感器巧片型號為DS18B20。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是穩(wěn)定性好，精度高，抗干擾能力強。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的含沙量檢測音頻共振傳感器示意圖；
[0011] 圖2為本發(fā)明信息處理及發(fā)送電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖3(a)為電源模塊中提供24V電壓電路圖；
[0013] 圖3化）為電源模塊中提供5V電壓電路圖；
[0014] 圖3(c)為電源模塊中提供3. 3V電壓電路圖；
[0015] 圖4為本發(fā)明的音頻共振和維持電路圖；
[0016] 圖5為本發(fā)明的含沙量電流信號輸出電路圖；
[0017] 圖6為本發(fā)明的單片機處理多通道信號化及LCD顯示電路圖；
[0018] 圖7為本發(fā)明的含沙量信號無線發(fā)送電路；
[0019] 圖8為本發(fā)明的基于UbVIEW的顯示部分示意圖；
[0020] 圖9為本發(fā)明的含沙量測量系統(tǒng)軟件流程圖。
[0021] 圖中，1.音頻共振左臂，101.音頻共振右臂，2.音頻共振體共振激勵器，201.音頻 共振體共振頻率信號檢測器，3.溫度傳感器，4.壓力傳感器，5.可延長軸，6.塑膠防振套， 7.固支體螺旋絲，8.音頻共振傳感器硬件電路保護圓盒，9.保護圓盒的密封蓋，10.進線 孔，11.信息處理及發(fā)送電路模塊，1101.單片機，1102.運行控制開關(guān)，1103.模式設(shè)置開 關(guān)，1104.串口通信模塊，1105.電源模塊，1106. GPRS無線傳輸模塊，1107. LCD現(xiàn)場顯示屏， 1108. AD轉(zhuǎn)換模塊，1109.音頻共振和維持電路，1110.信號采集模塊。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0023] 本發(fā)明音頻共振法黃河含沙量檢測傳感器的設(shè)計是基于音叉雙臂在不同含沙量 中其共振頻率不同的原理。該傳感器上作為直接感知含沙量物理信息的部分是用石英晶體 制成，外部W抗氧化和抗腐蝕能力強、恒彈合金包裹的形似音叉的物體。音頻共振法黃河含 沙量檢測傳感器包括音叉體、溫度傳感器和壓力傳感器、塑膠防振片、固支體等組成。音叉 體內(nèi)部有共振激勵器、共振頻率信號檢測器。音叉體的一臂在共振激勵器驅(qū)動下做簡諧振 動，音叉體的另一臂將產(chǎn)生共振，也將做簡諧振動。當(dāng)音叉體兩臂侵入到含沙量水體中時， 兩臂間的介質(zhì)質(zhì)量（黃河的含沙水體）發(fā)生變化，導(dǎo)致共振音叉體的共振頻率發(fā)生變化。通 過共振頻率信號檢測器檢測該共振頻率信號來間接實現(xiàn)含沙量的檢測。溫度傳感器和壓力 傳感器緊貼在音叉體頂部上，可補償含沙量共振測量的不同溫度和不同深度的環(huán)境因素影 響。
[0024] 根據(jù)音頻共振理論，音叉體的共振頻率f與其質(zhì)量mi和被測含沙量的質(zhì)量m2成反 比，可W公式（1)表示。
[0025]
【主權(quán)項】
1. 一種采用音頻共振原理的黃河含沙量檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括音頻共振體，音 頻共振體由音頻共振左臂（1)和音頻共振右臂（101)組成；音頻共振左臂（1)和音頻共振 右臂（101)分別與音頻共振體共振激勵器（2)連接，音頻共振體共振激勵器（2)與音頻共 振體共振頻率信號檢測器（201)連接，溫度傳感器（3)、壓力傳感器（4)黏貼在可延長軸 (5)上；可延長軸（5)通過塑膠防振套（6)和固支體螺旋絲（7)相連接，塑膠防振套（6)能 夠防止音叉共振的能量通過固支體螺旋絲（7)傳遞到外界、防止能量損耗，固支體螺旋絲 (7)安裝在音頻共振傳感器硬件電路的保護圓盒（8)上，保護圓盒（8)內(nèi)安裝有信息處理及 發(fā)送電路模塊（11)，音頻共振體共振頻率信號檢測器（201)通過電路連接信息處理及發(fā)送 電路模塊（11)，信息處理及發(fā)送電路模塊（11)通過檢測音叉共振體固有的振動頻率，確定 黃河含沙量的大小，將黃河含沙量的大小信息及溫度信息和壓力信息測量結(jié)果通過無線傳 輸方式發(fā)送到外部的監(jiān)測電腦上進行顯示。
2. 按照權(quán)利要求1所述一種采用音頻共振原理的黃河含沙量檢測系統(tǒng)，其特征在于： 所述保護圓盒（8)上設(shè)有密封蓋（9)和電源線的進線孔（10)。
3. 按照權(quán)利要求1所述一種采用音頻共振原理的黃河含沙量檢測系統(tǒng)，其特征在于： 所述信息處理及發(fā)送電路模塊（11)包括單片機（1101)，單片機（1101)分別通過電路連接 運行控制開關(guān)（1102)、模式設(shè)置開關(guān)（1103)、串口通信模塊（1104)、電源模塊（1105)、GPRS 無線傳輸模塊（1106)、LCD現(xiàn)場顯示屏（1107)、AD轉(zhuǎn)換模塊（1108)、音頻共振和維持電路 (1109)，AD轉(zhuǎn)換模塊（1108)通過電路連接信號采集模塊（1110)，信號采集模塊（1110)通 過電路連接壓力傳感器（4)、溫度傳感器（3)和音頻共振體共振頻率信號檢測器（201)。
4. 按照權(quán)利要求3所述一種采用音頻共振原理的黃河含沙量檢測系統(tǒng)，其特征在于： 所述單片機（1101)芯片采用增強型的51單片機STC12c5a60s2芯片；所述溫度傳感器（3) 芯片型號為DS18B20。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用音頻共振原理的黃河含沙量檢測系統(tǒng)，音頻共振體由音頻共振左臂和音頻共振右臂組成；音頻共振左臂和音頻共振右臂分別與音頻共振體共振激勵器連接，音頻共振體共振激勵器與音頻共振體共振頻率信號檢測器連接，溫度傳感器、壓力傳感器黏貼在可延長軸上；可延長軸通過塑膠防振套和固支體螺旋絲相連接，固支體螺旋絲安裝在音頻共振傳感器硬件電路的保護圓盒上，保護圓盒內(nèi)安裝有信息處理及發(fā)送電路模塊，音頻共振體共振頻率信號檢測器通過電路連接信息處理及發(fā)送電路模塊。本發(fā)明的有益效果是穩(wěn)定性好，精度高，抗干擾能力強。
【IPC分類】G01N29-036
【公開號】CN104597121
【申請?zhí)枴緾N201510035289
【發(fā)明人】劉明堂, 張成才, 董怡, 田壯壯, 李舒, 黃建通, 孫新娟, 鄭輝, 司孝平, 劉雪梅, 劉帥, 王倩, 郭俊雷, 張育銘
【申請人】華北水利水電大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月25日