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基于多波束的明渠断面水流量监控系统的研究与设计

作　者: 周琳
导　师: 张晓莉
学　校: 西安科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 明渠数学模型信号检测传播时间换能器阵
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 15次
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内容摘要

近年来,随着国民经济的发展,我国水资源越来越珍贵,相应的对明渠断面水流量的计量精度要求也越来越高,本课题——明渠河道断面水流量自动监控系统的研制,来源于西安沃泰科技有限公司的一个研发项目,要求所研制的流量计精度高,适用于水库,大型引水、城市供水等大流量的计量,而且具有操作简便,成本低等特点。本文简单回顾了利用超声纳多波束测量水深,水流量的发展历史,从超声波进行水深测量的基本原理出发,叙述了多波束系统的组成及测量原理,提出了明渠河道断面水流量自动监控系统的设计思路,主要研究内容如下:(1)研究学习了多波束形成理论,结合实际中常用的2种阵列结构,对实对称阵元线性阵列、均匀矩形阵列进行分析比较,结合具体研发项目要求,提出了7阵元六边形阵列,并对波束方向图进行设计。(2)对整个明渠断面水流量自动监测系统的硬件部分作了详细的设计,完善了流量计的智能化电路,设计流量计的自存储、自处理电路、完成时钟存储芯片对流量测试数据的实时保存,实现流量计内部信息本地存储、读取功能,保证维修、维护时对数据的查询和提取。(3)完成了相应的软件设计。使流量计具有自动报数,自动采样,自动存储等功能。并在山西运城大禹渡水库进行实测。(4)针对水流量自动监控系统的测试数据进行分析,提出了具体的矫正方案,从而进一步提高了断面水流量的测试精度。实验证明该自动监控系统工作性能稳定、使用方便、功耗低,测量精度控制在3%?以内,达到了设计要求。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-11
  1.1 研究背景和意义  7
  1.2 国内外的研究现状  7-10
  1.3 本论文的主要研究工作  10-11
2 多波束理论研究及阵列设计  11-27
  2.1 水流量自动监测系统  11-12
  2.2 多波束形成技术的理论基础  12-18
    2.2.1 声纳的工作原理  12-14
    2.2.2 声纳基阵信号输出的数学模型  14-18
  2.3 波束阵列设计  18-25
    2.3.1 波束形成原理  18-21
    2.3.2 换能器阵列设计  21-24
    2.3.3 波束形成技术指标  24-25
  2.4 自适应波束形成及优化设计  25-26
  2.5 本章小结  26-27
3 水流量自动监控系统硬件部分具体实现  27-37
  3.1 明渠河道水流量自动监控系统硬件系统框架  27-31
  3.2 软件系统方案设计  31-35
    3.2.1 整体的功能介绍  31-32
    3.2.2 测报终端的功能分析  32-35
  3.3 测试结果部分数据图如下  35-36
  3.4 本章小结  36-37
4 水流量自动监控系统测试数据结果分析及矫正方案  37-41
  4.1 误差分析  37-39
    4.1.1 实时测量误差  37
    4.1.2 非实时测量误差  37-39
  4.2 误差分析矫正方案  39-40
  4.3 本章小结  40-41
5 结论  41-42
  5.1 结论  41
  5.2 课题展望  41-42
致谢  42-43
参考文献  43-46
攻硕期间负责并参与的科研项目  46-47
附录  47-50

基于多波束的明渠断面水流量监控系统的研究与设计

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