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专利号: 202110706424X
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种利用光纤传感器测量水体中泥沙浓度的系统,其特征在于,包括:超声换能器、光纤传感器和数据处理模块;

超声换能器用于向水体中发射超声波;

光纤传感器用于接收入射光并感知超声换能器发射的超声波经水体中泥沙反射后的超声波信号,输出光信号给数据处理模块;

数据处理模块接收光纤传感器输出的光信号,并对比超声换能器工作前后的光信号的相位、偏振形态变化,处理得到水体中泥沙浓度。

2.根据权利要求1所述的利用光纤传感器测量水体中泥沙浓度的系统,其特征在于,还包括光源,光源用于为光纤传感器提供入射光。

3.根据权利要求1所述的利用光纤传感器测量水体中泥沙浓度的系统,其特征在于,数据处理模块包括波分复用器(16)、光电探测器(17)、图像数据采集卡和计算机(15);波分复用器(16)对光纤传感器输出的光信号进行解调、光波耦合处理,提取带有超声波信号的光波信号;光电探测器(17)将波分复用器(16)提取的光波信号转换为电信号;图像数据采集卡对光电探测器(17)转换得到的电信号进行数据采集,并传输给计算机(15)处理后成像及水体中泥沙浓度。

4.根据权利要求1所述的利用光纤传感器测量水体中泥沙浓度的系统,其特征在于,还包括圆环(33);超声换能器和光纤传感器均设置若干个,超声换能器和光纤传感器沿周向交错布置在圆环(33)内表面。

5.根据权利要求4所述的利用光纤传感器测量水体中泥沙浓度的系统,其特征在于,超声换能器和光纤传感器均设置三个,相邻光纤传感器和超声换能器在圆环(33)上的圆心角为(60)度。

6.根据权利要求1所述的利用光纤传感器测量水体中泥沙浓度的系统,其特征在于,光纤传感器包括光纤纤芯(27)和透声橡胶套管(24);光纤纤芯(27)沿轴向从透声橡胶套管(24)中心穿过;透声橡胶套管(24)中段内壁上设置有保护层(23),保护层(23)两端分别连接有与透声橡胶套管(24)呈垂直设置的膜片(25),光纤纤芯(27)位于保护层(23)与膜片(25)形成的密封腔体内的部分设置有光纤传感探头(21)。

7.根据权利要求6所述的利用光纤传感器测量水体中泥沙浓度的系统,其特征在于,光纤传感探头(21)设置多个,光纤传感探头(21)采用串联方式设置。

8.根据权利要求6所述的利用光纤传感器测量水体中泥沙浓度的系统,其特征在于,保护层(23)与膜片(25)形成的密封腔体内填充有惰性液体(20)。

9.一种利用光纤传感器测量水体中泥沙浓度的方法,其特征在于,基于权利要求1‑8任意一项所述的系统,包括:

将超声换能器和光纤传感器置于水体中;

超声换能器向水体中发射超声波;

光纤传感器接收入射光并探测感知超声换能器发射的超声波经水体中泥沙反射后的超声波信号,输出光信号给数据处理模块;

数据处理模块接收光纤传感器输出的光信号,并对比超声换能器工作前后的光信号的相位、偏振形态变化,处理得到水体中泥沙浓度。

10.根据权利要求9所述的利用光纤传感器测量水体中泥沙浓度的方法,其特征在于,数据处理模块提取光信号中的超声波频率,并将该超声波频率与超声换能器发射的超声波频率对比,计算泥沙颗粒的运动速度。