英國(guó)AQUATEC GROUP AQUAscat1000聲學(xué)粒度儀代表了新一代高頻水聲儀器的成果，主要用于泥沙運(yùn)動(dòng)研究、泥沙（懸浮顆粒）剖面分布、水下河床泥沙的形態(tài)、疏浚回淤研究等。它有4個(gè)可以發(fā)射高頻聲信號(hào)的換能器，每個(gè)換能器發(fā)射的頻率各不相同。系統(tǒng)通過測(cè)量一定深度剖面內(nèi)的泥沙或其他懸浮顆粒反射回來的聲學(xué)信號(hào)來計(jì)算粒徑和含沙量數(shù)據(jù)。它可以測(cè)量1-2米水深范圍內(nèi)的剖面分布數(shù)據(jù)，每一采樣層次間隔可設(shè)定，設(shè)定范圍可以從1毫米到幾厘米。如果用來測(cè)量水下高度，監(jiān)測(cè)深度為幾十厘米。如果用于測(cè)量泥沙剖面，一般可監(jiān)測(cè)剖面深度為1-2米；而在疏浚回淤研究中可測(cè)剖面深度達(dá)20米。儀器的使用范圍很廣，可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用，也可以配置深水
耐壓外殼在水下長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。除此之外，儀器還有多種供電模式可供選擇。
技術(shù)參數(shù)
量程 | 粒徑測(cè)定范圍：1-500µm |
濃度測(cè)定范圍：0.1至20000mg/l（1m剖面深度）, 短剖面量程更高 | |
聲信號(hào)頻率 | 多達(dá)4個(gè)頻率, 頻率范圍從500 kHz 到5 MHz |
換能器 | 直徑?10-20mm陶瓷換能器, |
AQUAscat 1000s的換能器是和主機(jī)一體化的4頻率換能器 其他型號(hào)的換能器是獨(dú)立的，通過電纜和主機(jī)相連 | |
增益 | 通過軟件設(shè)定動(dòng)態(tài)時(shí)變?cè)鲆妫?/span>TVG）曲線 |
剖面深度 | 150 cm (一般), 低于2MHz聲信號(hào)頻率到20米 |
發(fā)射信號(hào) | 功率1瓦，CW脈沖發(fā)射, 脈沖寬度與每一測(cè)量單元大小設(shè)置有關(guān) |
脈沖發(fā)射頻率 | 每通道100 Hz (即4個(gè)換能器計(jì)每秒400個(gè)脈沖)，發(fā)射頻率1HZ. |
均值計(jì)算 | 2 到64單元數(shù)據(jù)均值計(jì)算存儲(chǔ) |
測(cè)量單元 | 256個(gè)單元，每個(gè)單元10mm（在水下聲速1500m/s的標(biāo)準(zhǔn)條件下），可選2.5mm、5mm、20mm和40mm。通過軟件可以設(shè)定測(cè)定的范圍。 |
信號(hào)觸發(fā) | 外接觸發(fā)信號(hào)，或由軟件設(shè)定觸發(fā)(按照時(shí)間間隔) |
數(shù)據(jù)采集頻率 | 2min一次到255min一次,用戶自定義開始采樣時(shí)間 |
觸發(fā)輸出 | 數(shù)字觸發(fā)信號(hào)，用于觸發(fā)其他如CTD等設(shè)備 |
電器性能 | 8 V到24 V dc.測(cè)量時(shí)1W功耗，待機(jī)狀態(tài)1 mW 功耗. |
電池 | 內(nèi)置電池可以連續(xù)工作10天，根據(jù)需要可外接電池 |
其他傳感器 | 溫度: 量程0-25°C, 精度±0.05°C, 分辨率<0.0015°C |
壓力: 高達(dá)100 bar, 精度±0.2%FS, 分辨率0.005%FS | |
濁度: 可選件 | |
其他: 最多連接2個(gè)外接傳感器 | |
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 | Compact Flash卡. 標(biāo)配4GB容量. 可選8GB容量 |
數(shù)據(jù)傳輸 | RS232波特率高達(dá)115 k baud; USB 1.1，波特率高達(dá)2-3M baud |
耐壓殼體 | 1000m鋁合金深水艙。 |
系統(tǒng)配置
AQUAscat 1000聲學(xué)粒度儀有3種配置，分別是1000R Research科研型；1000S Survey調(diào)查型；1000L Laboratory實(shí)驗(yàn)室型。三者的區(qū)別見下表。
AQUAscat 1000R | AQUAscat1000S | AQUAscat 1000L | |
4頻電子組件 | √ | √ | √ |
1000m耐壓外殼 | √ | √ | × |
臺(tái)式電源 | × | × | √ |
3個(gè)獨(dú)立的換能器 | √ | × | √ |
4頻同向換能器 | × | √ | × |
第4換能器 | 可選 | N/A | 可選 |
溫度傳感器 | √ | √ | × |
壓力傳感器 | √ | √ | × |
內(nèi)置電池 | √ | √ | × |
電源模塊 | √ | √ | √ |
量程/分辨率組件 | 全部包括 | 1+定制 | 1+定制 |
內(nèi)存（CF卡） | 8GB | 4GB或定制 | 可選 |
USB線 | √ | √ | √ |
觸發(fā)線 | 可選 | 可選 | BNC接頭 |
電源線 | 可選 | 可選 | N/A |
RS232線 | 可選 | 可選 | √ |
1年質(zhì)保期 | √ | √ | √ |
AQUAtalk軟件 | √ | √ | √ |
AQUAview軟件 | √ | √ | √ |
Matlab軟件 | √ | 可選 | 可選 |
儀器運(yùn)輸箱 | √ | √ | × |
備件 | √ | √ | × |
技術(shù)背景
采用聲學(xué)后向散射（ABS，acoustic backscatter）技術(shù)測(cè)量海水懸浮物的研究始于1980年（Young etal,1982 和Hay,1983）。1992年，科學(xué)家Hay和Sheng使用聲學(xué)后向散射儀記錄了3種不同頻率的聲音信號(hào)，并利用這些數(shù)據(jù)反演了懸浮物的粒徑大小。隨后Thorne等一批科學(xué)家也開始了相關(guān)的研究。這為AUQAscat聲學(xué)粒度儀的誕生奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在1992年，AQUAtec公司就研發(fā)了專門用于聲學(xué)后向散射儀的數(shù)據(jù)采集器，1996年，制造出臺(tái)基于ABS原理的聲學(xué)粒度儀（AQ174和AQ278)。2001年，通過對(duì)儀器的電子部件的技術(shù)創(chuàng)新，聲學(xué)粒度儀的性能大大提高。
AQUAscat 1000聲學(xué)粒度儀是的技術(shù)成果。它具有寬帶信號(hào)輸入，采樣頻率更高。對(duì)于大顆粒的沙子而言，聲學(xué)后向散射儀器的靈敏度要優(yōu)于光學(xué)后向散射儀器（比如AQUAlogger 310TY 濁度儀）。沒有任何儀器可以直接給出含沙量，但是聲學(xué)粒度儀的多頻測(cè)量，大大提高了粒徑及泥沙分布規(guī)律研究的準(zhǔn)確度。儀器的校準(zhǔn)只要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)校準(zhǔn)就可以了。
