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超声波技术在环境监测中的应用——分析技术

水源守护者

2012/11/03
色谱

超声波技术在环境监测中的应用——分析技术

超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。

大家有没有留意过自己的身边有多少利用超声波分析的仪器设备呢？我初略统计了下在环境监测领域中利用超声波的分析技术

1. 超声测风速风向

利用超声波测量风速风向，其核心在于测量超声波在空气中传播的时间，即所谓的飞渡时间（TOF，time of flying），超声波从一个探头传送到另一个探头所需要的时间是与风速以及超声通路有关。顺风将使超声信号传播时间递增，逆风将会使之递减。如果风速为零，信号双向的传输时间相等。如果在两个不相关方向上同时测量风速，就可以通过三角学合成计算出风速以及风向。依此原理，超声波风速仪可仅仅使用三个探头即可确定平面中的风速风向。但是在实际设计中，由于设计到信号强弱的问题，使用四个探头的设计也较常见。

2. 超声测速

超声测速多采用多普勒频移物理原理来测量。多普勒效应(多普勒频移)：

某一个声源(超声波)发出的声波被另一个接收体接收并反射，如果该声源相对于接收体是移动的，接收体接收到的声波频率将会与声源的发射频率有差异；如果两个物体之间的相对距离是减少的，接收的频率会增加；如果两个物体之间的相对距离是增加的，接收的频率就减小。

这点其实很容易理解。当你听到迎面开来的一列火车气笛声或者一辆警车的警报声(一个声源)，声音会显得频率较高；而当火车或者警车离你远去时，则听到的声音会变成较低的声音。

3. 超声测流量

超声流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。如图，超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器，就像一个渡船的船夫在横渡一条河。当气体不流动时，声脉冲以相同的速度（声速，C）在两个方向上传播。如果管道中的气体有一定流速V（该流速不等于零），则顺着流动方向的声脉冲会传输得快些，而逆着流动方向的声脉冲会传输得慢些。这样，顺流传输时间tD会短些，而逆流传输时间tU会长些。这里所说的长些或短些都是与气体不流动时的传输时间相比而言；根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。

4. 超声波测水位

这个在很多江河湖库的自动监测站中比较常用。利用超声反射来计算水面距离，然后由于探头距离水域底部距离已知，相减即为水位高度。

5. 超声测深

上图为我们使用的超声波水底测绘仪。主要是用来分析水深，从而在水华分层采样、确定采样点以及模拟预测时提供数据支持。

超声波测深仪的原理是超声波换能器向水下发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在水中传播，碰到水底就立即返回来，超声波换能器收到反射波就立即停止。

6. 超声波探鱼/捕鱼器

这里或许有人会问，环境监测也捕鱼？我的回答是肯定的。在一些水域的多样性调查中，可能会用到。此外有些污染调查也涉及到生物体残毒的调查，有条件还是应该自己去事发地抓点鱼做实验。菜场买来是谁知道是哪个水域的呢。

不知道各位目前正在使用的有关超声波的检测技术有哪些呢？（不算预处理的）

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zsj201204

第1楼2012/11/03

超声测深，知道。超声波捕鱼倒不知道，我只知道电捕，呵呵。

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minhf

第2楼2012/11/06

楼主介绍比较全面了，好好学习一下

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