沉淀池中淤泥深度和水位测量方法的研究
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ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｂａｓｉｎｓ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｕｒＶｅ ｍｏｄｅｌ，ｗｅ
ｏｎｌｙ ｎｅｅｄ ｍｅａｓｕｒｅ ａ ｆｅｗ ｐｏｉｎｔｓ ｗｈｅｎ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ，
ａＩｌｄ ｗｅ
ｃａｎ
ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｓｉｌｔ ｄｅｐｔ ｏｆ ｗｈｏｌｅ ｐ００１ ａｔ ａｎｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｏｆ ｃｕｒｖｅ
ｐｕ叩ｏｓｅ ｏｆ ｉｎｌｐｒ０Ｖｉｎｇ
ｔｈｅ ｅ伍ｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｄｅｓｉｌｔｉｎｇ．ＴＩｌｉｓ ｔｏｐｉｃ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｄｅｔａｉｌｅｄ，ａｎｄ ｄｅｒｉｖｅｄ ｔｈｅ ｃｕⅣｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｉｌｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆＩａｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｂａＳｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｄｅａｌｉｚｅｄ ｍｏｄｅｌ
ａＩｌｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｕｌｔｒａＳｏｎｉｃ．
Ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ｗｈｏｅｓ
ｃｏｒｅ
ｉｓ ｔｈｅ
ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｓｉｌｔ ｄ印ｔｈ ｍｅａｓ皿ｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｌｅＶｅｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｙ ａｌｌ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｕＩｌｄ ｔｒｉｍｓｍｉｔｔｅｒ＇ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒｅｃｅｉＶｅｒ，ｃｏｎｔｒｏｌｉｎｇ
本课题的研究将会有助于沉淀池中淤泥深度和水位的监测，从而提高工作效率。
关键词：淤泥深度；水位；沉淀池；超声波
ＩＩ
Ａｂｓ ｔｒａｃｔ
ＴｉｔＩｅ：ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＯＮ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＳｌＬ＿Ｔ ＤＥＰＴＨ ＡＮＤ
ＷＡｌＴＥＲ ＬＥＶＥＬ ＩＮ ＳＥＤｌＭＥＮＴ ＢＡＳｌＮＳ
ｐｒｏｊｅｃｔ ｗｉｌｌ
ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ ｔｏ ｍｏＩｌｉｔｏｒ ｓｉｌｔ
ｄ印ｎ１ ａｎｄ
ｗａｔｅｒ １ｅＶｅｌ ｏｆ
ＩｌＩ
ｓｅｄｉｍｅｎｔ
ｂａｓｉｎｓ，ｔ｝ｌｅｒｅｂｙ ｉｍｐｍＶｅ ｗｏｒｋ ｅ街ｃｉｅｎｃｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｉｌｔ
ｄ印ｔｈ；Ｗ－ａｔｅｆｌｅｖｅｌ；Ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｂａｓｉｎｓ；Ｕｌｔｒａｓｏｌｌｉｃ
２．６．４曲线拟合………………………………………………………………………一２０ ２．６．５结论及意义……………………………………………………………………．．２２ ２．７本章小结………………………………………………………………………………２４ ３超声波测量原理……………………………………………………………………………．２５ ３．１超声波理论……………………………………………………………………………２５ ３．１．１超声场…………………………………………………………………………．．２５
ｓｅｄｉｍｅｎｔ，ｓｏ ｉｔ ｉｓ ｎｅｅｄｅｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｓｏｌｉｄ—ｌｉｑｕｉｄ ｓｅｐａｒａｔｅ ｕｓｉｎｇ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｂａｓｉｎｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｉｌｔ ａｎｄ ｃｌｅａｒ ｗａｔｅｒ ｉｎ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｂａｓｉｎｓ，ａ１１ｄ ｔ０ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ
４．９显示电路………………………………………………………………………………４７
１．３课题主要研究内容……………………………………………………………………．３ １．４本章小结………………………………………………………………………………．．４
２沉淀池沉积淤泥界面曲线……………………………………………………………………５ ２．１平流式沉淀池…………………………………………………………………………．６ ２．２河水的含泥沙量及沙样组成…………………………………………………………．６
３．１．２超声波的物理特征……………………………………………………………．．２６ ３．２超声波换能器………………………………………………………………………．．．２７ ３．２．１压电式超声波换能器的基本结构及工作原理………………………………．．２７
３．２．２压电式超声波换能器的等效电路……………………………………………．．２８ ３．３脉冲回波法……………………………………………………………………………２８ ３．４测量方案……………………………．．………………………………………………．２９ ３．５本章小结………………………………………………………………………………３０ ４测量系统的硬件设计………………………………………………………………………．３ ｌ ４．１超声波换能器类型的选择……………………………………………………………３ｌ ４．２系统总体结构框图……………………………………………………………………３２ ４．３控制部分………………………………………………………………………………３２ ４．４选通门的设计…………………………………………………………………………３３ ４．５水位测量电路…………………………………………………………………………３４
ｓｌｕｄｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｂａＳｉｎｓ ｐｒｏｍｐｔｌｙ，ｗｅ ｎｅｅｄ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｉｌｔ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｏｆ
ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｂａｓｉｎｓ．
Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｈｅｌｐ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｍｅ ｗｈｏｌｅ ｐｏｏｌ ｓｉｌｔ ｄ印ｔｈ ａ１１ｄ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ
４．５．１
４０ｋＨｚ超声波发射电路………………………………………………………．．３４
西安理工大学硕士学位论文
４．５．２ ４０ｋＨｚ超声波接收电路………■……………………………………………．．３６
４．５．３温度补偿………………………………………………………………………．．３８ ４．６测淤泥方案一…………………………………………………………………………３９
，
ＩＶ
目录
目 录
１绪论…………………………………………………………………………………………………………………………．１ １．１课题的背景及意义……………………………………………………………………．１
１．２国内外沉淀池淤泥界面及水位检测技术的研究现状………………………………．１
１．２．１淤泥界面检测技术………………………………………………………………１ １．２．２液位检测技术……………………………………………………………………２ １．２．３超声波界面检测技术的发展现状………………………………………………３
／
ｊｆ，
பைடு நூலகம்
摘要
论文题目：沉淀池中淤泥深度和水位测量方法的研究 学科专业：精密仪器及机械
研究生：曹亚猛
签名：
指导教师：高宗海教授
签名：
摘要
在众多的引水工程中，水中的泥沙含量比较多，因此需要用沉淀池对其进行固 液分离。为了测量沉淀池中沉积淤泥的体积和澄清水的体积，并达到及时排除沉淀
池中沉积淤泥的目的，需要监测池中的淤泥深度和水位。
２．２．１河水的含泥沙量…………………………………………………………………６
２．２．２沙样组成…………………………………………………………………………６
２１３泥沙颗粒的受力分析…………………………………………………………………．８
２．４泥沙颗粒的静水沉速…………………………………………………………………．９
４．７．２ ＬＭｌ８１２工作原理………………………………………………………………４３ ４．７．３ ２００ｋＨｚ超声波发射电路………………………………………………………。４４ ４．７．４ ２００ｋＨｚ超声波接收电路………………………………………………………．４６
４．８两种测淤泥方案的对比………………………………………………………………４７
文中详细讲述了以单片机为核心的测量系统的设计，该测量系统的设计包括淤泥深
度测量和液位测量两部分，每一部分均包括超声波发射、超声波接收、控制、显示 以及温度补偿等。在硬件设计方面，首先采用多种方案进行实验，通过对比每种方 案的优缺点，最终选择最佳方案。最后对系统进行了整体调试，并通过实验初步证
明了系统的可行性。
４．６。ｌ ２００ｋＨｚ超声波发射电路………………………………………………………４０
４．６．２ ２００ｋＨｚ超声波接收电路………………………………………………………４０
４．７ ＬＭｌ８１２构成的测淤泥方案二………………………………………………………４２
４．７．１ ＬＭｌ８１２芯片介绍………………………………………………………………４２
Ｍａｊｏｒ：
ＰｒｅｃｊｓｉＯｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ＆ＭｅｃｈａｎｉＳｍ
ＩＵａｍｅ：
Ｙａｍｅｎｇ ＣＡＯ
Ｓｉｇｎａｔｕ陀：
ＳｕｐｅｒＶｉｓｏｒ： ＰｒＯｆ＿Ｚｏｎｇｈａｉ ＧＡＯ
Ｓｌｇｎａｔｕ陀：
ＡｂＳｔｒａＣｔ
Ｉｎ ｍａｎｙ ｄｉＶｅｒｓｉｏｎ
ｐｒｏｊｅｃｔｓ，Ｗｒａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｃｏｍｉｎｇ＆ｏｍ ｍｅ ｒｉｖｅｒ，ａｎｄ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ａ ｌｏｔ ｏｆ
为了协助测量整个池中淤泥的深度并达到提高清淤效率的目的，本课题对沉淀池中的 淤泥沉积过程进行了详细的理论分析，在理想化的沉淀池模型的基础上推导出了淤泥沉积 界面的曲线模型。在曲线模型的辅助作用下，我们每次只需测量池中几个点的淤泥深度，
便能计算出整个池中淤泥的总体积。
本文采用了超声波技术来实现沉淀池中淤泥深度和水位的测量，文中介绍了超声 波的基本理论及测量原理，并对超声波测量的原理和方法进行了分析。
ｓｅｃｔｉｏｎ，ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ
ｔｅｍｐｅｒ栅ｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｅｔｃ．Ｉｎ ｔｈｅ ａＳｐｅｃｔｓ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｆｉｒｓｔｌｙ，
ｕｓｅｄ ｍａｌｌｙ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｃａ玎ｙ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｎｔｒａｓｔｓ ｔｈｅ ａｄＶａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄＶａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｐｌａＩｌ，ｃｈｏｏｓｅｄ ｔ１１ｅ ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ ｐｌａＩｌ ｕｌｔｉｍａｔｅｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，Ｉ ｄｅｂｕｇｇｅｄ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ，ａ１１ｄ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｐｒｏＶｅｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｂｙ ｓｏｍｅ ｓｉｍｐｌｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒＣｈ ｏｆ ｍｉｓ
ｍｏｄｅｌ，ｗｅ ｃａｎ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ Ｖｏｌｕｍｅ ｏｆｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｐＯｏｌ ｏｆ ｓｉｌｔ ａＳ ｌｏｎｇ ａＳ ｗｅ ｏｎｌｙ ｍｅａＳｕｒｅ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆｔｈｅ
ｐｏｏｌ ｏｆ ｓｌｕｄｇｅ ａｔ ｓｅＶｅｒａｌ ｐｏｉｎｔｓ ｅＶｅＵ ｔｉｍｅ．
２．４．１球体沉速公式……………………………………………………………………９
２．４．２非球体沉速公式…………………………………………………………………９
２．５准静水沉降法…………………………………………………………………………１１ ２．６淤泥沉积界面曲线模型………………………………………………………………１２ ２．６．１河水含泥沙量的沿程变化……………………………………………………．．１２ ２．６．２淤泥沉积速度…………………………………………………………………．．１ ６ ２．６．３淤泥深度的计算………………………………………………………………．．１ ７
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｔ１１ｅｓｉｓ，ｗｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｈｅ ｕｌｔｒａＳｏｌｌｉｃ ｔｅｃｌｍｏｌｏｇｙ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｉｌｔ
ｄｅｐｍ ａ１１ｄ ｗａｔｅｒ １ｅＶｅｌ ｉｎ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｂａｓｉｎｓ。Ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａ１１ｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔ１１ｅ ｂ戚ｃ ｔ１１ｅｏ巧
ｏｎｌｙ ｎｅｅｄ ｍｅａｓｕｒｅ ａ ｆｅｗ ｐｏｉｎｔｓ ｗｈｅｎ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ，
ａＩｌｄ ｗｅ
ｃａｎ
ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｓｉｌｔ ｄｅｐｔ ｏｆ ｗｈｏｌｅ ｐ００１ ａｔ ａｎｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｏｆ ｃｕｒｖｅ
ｐｕ叩ｏｓｅ ｏｆ ｉｎｌｐｒ０Ｖｉｎｇ
ｔｈｅ ｅ伍ｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｄｅｓｉｌｔｉｎｇ．ＴＩｌｉｓ ｔｏｐｉｃ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｄｅｔａｉｌｅｄ，ａｎｄ ｄｅｒｉｖｅｄ ｔｈｅ ｃｕⅣｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｉｌｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆＩａｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｂａＳｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｄｅａｌｉｚｅｄ ｍｏｄｅｌ
ａＩｌｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｕｌｔｒａＳｏｎｉｃ．
Ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ｗｈｏｅｓ
ｃｏｒｅ
ｉｓ ｔｈｅ
ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｓｉｌｔ ｄ印ｔｈ ｍｅａｓ皿ｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｌｅＶｅｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｙ ａｌｌ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｕＩｌｄ ｔｒｉｍｓｍｉｔｔｅｒ＇ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒｅｃｅｉＶｅｒ，ｃｏｎｔｒｏｌｉｎｇ
本课题的研究将会有助于沉淀池中淤泥深度和水位的监测，从而提高工作效率。
关键词：淤泥深度；水位；沉淀池；超声波
ＩＩ
Ａｂｓ ｔｒａｃｔ
ＴｉｔＩｅ：ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＯＮ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＳｌＬ＿Ｔ ＤＥＰＴＨ ＡＮＤ
ＷＡｌＴＥＲ ＬＥＶＥＬ ＩＮ ＳＥＤｌＭＥＮＴ ＢＡＳｌＮＳ
ｐｒｏｊｅｃｔ ｗｉｌｌ
ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ ｔｏ ｍｏＩｌｉｔｏｒ ｓｉｌｔ
ｄ印ｎ１ ａｎｄ
ｗａｔｅｒ １ｅＶｅｌ ｏｆ
ＩｌＩ
ｓｅｄｉｍｅｎｔ
ｂａｓｉｎｓ，ｔ｝ｌｅｒｅｂｙ ｉｍｐｍＶｅ ｗｏｒｋ ｅ街ｃｉｅｎｃｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｉｌｔ
ｄ印ｔｈ；Ｗ－ａｔｅｆｌｅｖｅｌ；Ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｂａｓｉｎｓ；Ｕｌｔｒａｓｏｌｌｉｃ
２．６．４曲线拟合………………………………………………………………………一２０ ２．６．５结论及意义……………………………………………………………………．．２２ ２．７本章小结………………………………………………………………………………２４ ３超声波测量原理……………………………………………………………………………．２５ ３．１超声波理论……………………………………………………………………………２５ ３．１．１超声场…………………………………………………………………………．．２５
ｓｅｄｉｍｅｎｔ，ｓｏ ｉｔ ｉｓ ｎｅｅｄｅｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｓｏｌｉｄ—ｌｉｑｕｉｄ ｓｅｐａｒａｔｅ ｕｓｉｎｇ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｂａｓｉｎｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｉｌｔ ａｎｄ ｃｌｅａｒ ｗａｔｅｒ ｉｎ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｂａｓｉｎｓ，ａ１１ｄ ｔ０ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ
４．９显示电路………………………………………………………………………………４７
１．３课题主要研究内容……………………………………………………………………．３ １．４本章小结………………………………………………………………………………．．４
２沉淀池沉积淤泥界面曲线……………………………………………………………………５ ２．１平流式沉淀池…………………………………………………………………………．６ ２．２河水的含泥沙量及沙样组成…………………………………………………………．６
３．１．２超声波的物理特征……………………………………………………………．．２６ ３．２超声波换能器………………………………………………………………………．．．２７ ３．２．１压电式超声波换能器的基本结构及工作原理………………………………．．２７
３．２．２压电式超声波换能器的等效电路……………………………………………．．２８ ３．３脉冲回波法……………………………………………………………………………２８ ３．４测量方案……………………………．．………………………………………………．２９ ３．５本章小结………………………………………………………………………………３０ ４测量系统的硬件设计………………………………………………………………………．３ ｌ ４．１超声波换能器类型的选择……………………………………………………………３ｌ ４．２系统总体结构框图……………………………………………………………………３２ ４．３控制部分………………………………………………………………………………３２ ４．４选通门的设计…………………………………………………………………………３３ ４．５水位测量电路…………………………………………………………………………３４
ｓｌｕｄｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｂａＳｉｎｓ ｐｒｏｍｐｔｌｙ，ｗｅ ｎｅｅｄ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｉｌｔ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｏｆ
ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｂａｓｉｎｓ．
Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｈｅｌｐ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｍｅ ｗｈｏｌｅ ｐｏｏｌ ｓｉｌｔ ｄ印ｔｈ ａ１１ｄ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ
４．５．１
４０ｋＨｚ超声波发射电路………………………………………………………．．３４
西安理工大学硕士学位论文
４．５．２ ４０ｋＨｚ超声波接收电路………■……………………………………………．．３６
４．５．３温度补偿………………………………………………………………………．．３８ ４．６测淤泥方案一…………………………………………………………………………３９
，
ＩＶ
目录
目 录
１绪论…………………………………………………………………………………………………………………………．１ １．１课题的背景及意义……………………………………………………………………．１
１．２国内外沉淀池淤泥界面及水位检测技术的研究现状………………………………．１
１．２．１淤泥界面检测技术………………………………………………………………１ １．２．２液位检测技术……………………………………………………………………２ １．２．３超声波界面检测技术的发展现状………………………………………………３
／
ｊｆ，
பைடு நூலகம்
摘要
论文题目：沉淀池中淤泥深度和水位测量方法的研究 学科专业：精密仪器及机械
研究生：曹亚猛
签名：
指导教师：高宗海教授
签名：
摘要
在众多的引水工程中，水中的泥沙含量比较多，因此需要用沉淀池对其进行固 液分离。为了测量沉淀池中沉积淤泥的体积和澄清水的体积，并达到及时排除沉淀
池中沉积淤泥的目的，需要监测池中的淤泥深度和水位。
２．２．１河水的含泥沙量…………………………………………………………………６
２．２．２沙样组成…………………………………………………………………………６
２１３泥沙颗粒的受力分析…………………………………………………………………．８
２．４泥沙颗粒的静水沉速…………………………………………………………………．９
４．７．２ ＬＭｌ８１２工作原理………………………………………………………………４３ ４．７．３ ２００ｋＨｚ超声波发射电路………………………………………………………。４４ ４．７．４ ２００ｋＨｚ超声波接收电路………………………………………………………．４６
４．８两种测淤泥方案的对比………………………………………………………………４７
文中详细讲述了以单片机为核心的测量系统的设计，该测量系统的设计包括淤泥深
度测量和液位测量两部分，每一部分均包括超声波发射、超声波接收、控制、显示 以及温度补偿等。在硬件设计方面，首先采用多种方案进行实验，通过对比每种方 案的优缺点，最终选择最佳方案。最后对系统进行了整体调试，并通过实验初步证
明了系统的可行性。
４．６。ｌ ２００ｋＨｚ超声波发射电路………………………………………………………４０
４．６．２ ２００ｋＨｚ超声波接收电路………………………………………………………４０
４．７ ＬＭｌ８１２构成的测淤泥方案二………………………………………………………４２
４．７．１ ＬＭｌ８１２芯片介绍………………………………………………………………４２
Ｍａｊｏｒ：
ＰｒｅｃｊｓｉＯｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ＆ＭｅｃｈａｎｉＳｍ
ＩＵａｍｅ：
Ｙａｍｅｎｇ ＣＡＯ
Ｓｉｇｎａｔｕ陀：
ＳｕｐｅｒＶｉｓｏｒ： ＰｒＯｆ＿Ｚｏｎｇｈａｉ ＧＡＯ
Ｓｌｇｎａｔｕ陀：
ＡｂＳｔｒａＣｔ
Ｉｎ ｍａｎｙ ｄｉＶｅｒｓｉｏｎ
ｐｒｏｊｅｃｔｓ，Ｗｒａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｃｏｍｉｎｇ＆ｏｍ ｍｅ ｒｉｖｅｒ，ａｎｄ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ａ ｌｏｔ ｏｆ
为了协助测量整个池中淤泥的深度并达到提高清淤效率的目的，本课题对沉淀池中的 淤泥沉积过程进行了详细的理论分析，在理想化的沉淀池模型的基础上推导出了淤泥沉积 界面的曲线模型。在曲线模型的辅助作用下，我们每次只需测量池中几个点的淤泥深度，
便能计算出整个池中淤泥的总体积。
本文采用了超声波技术来实现沉淀池中淤泥深度和水位的测量，文中介绍了超声 波的基本理论及测量原理，并对超声波测量的原理和方法进行了分析。
ｓｅｃｔｉｏｎ，ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ
ｔｅｍｐｅｒ栅ｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｅｔｃ．Ｉｎ ｔｈｅ ａＳｐｅｃｔｓ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｆｉｒｓｔｌｙ，
ｕｓｅｄ ｍａｌｌｙ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｃａ玎ｙ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｎｔｒａｓｔｓ ｔｈｅ ａｄＶａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄＶａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｐｌａＩｌ，ｃｈｏｏｓｅｄ ｔ１１ｅ ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ ｐｌａＩｌ ｕｌｔｉｍａｔｅｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，Ｉ ｄｅｂｕｇｇｅｄ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ，ａ１１ｄ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｐｒｏＶｅｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｂｙ ｓｏｍｅ ｓｉｍｐｌｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒＣｈ ｏｆ ｍｉｓ
ｍｏｄｅｌ，ｗｅ ｃａｎ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ Ｖｏｌｕｍｅ ｏｆｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｐＯｏｌ ｏｆ ｓｉｌｔ ａＳ ｌｏｎｇ ａＳ ｗｅ ｏｎｌｙ ｍｅａＳｕｒｅ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆｔｈｅ
ｐｏｏｌ ｏｆ ｓｌｕｄｇｅ ａｔ ｓｅＶｅｒａｌ ｐｏｉｎｔｓ ｅＶｅＵ ｔｉｍｅ．
２．４．１球体沉速公式……………………………………………………………………９
２．４．２非球体沉速公式…………………………………………………………………９
２．５准静水沉降法…………………………………………………………………………１１ ２．６淤泥沉积界面曲线模型………………………………………………………………１２ ２．６．１河水含泥沙量的沿程变化……………………………………………………．．１２ ２．６．２淤泥沉积速度…………………………………………………………………．．１ ６ ２．６．３淤泥深度的计算………………………………………………………………．．１ ７
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｔ１１ｅｓｉｓ，ｗｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｈｅ ｕｌｔｒａＳｏｌｌｉｃ ｔｅｃｌｍｏｌｏｇｙ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｉｌｔ
ｄｅｐｍ ａ１１ｄ ｗａｔｅｒ １ｅＶｅｌ ｉｎ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｂａｓｉｎｓ。Ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａ１１ｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔ１１ｅ ｂ戚ｃ ｔ１１ｅｏ巧