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我国幅员辽阔,河流众多。在国家的社会发展过程中,河水的综合利用占据着重要地位。河水一般在高山地方作为源头,沿着地势向下游流动,最后汇流入海洋或湖泊。随着我国经济的快速发展,对于河水环境的治理与管理,需要运用科学技术等方法和手段,这是一项复杂的系统工程。我国东北地区部分处在高纬度地区,冬季环境平均温度在-20℃左右,在这种环境条件下,对于该地区流域河水流速的测量工作存在困难:首先,冰层下的河水中含有冰花与冰凌;其次,温度极低,测量流速的实地环境非常恶劣。现有的河水流速测量方法是破冰将河水流速测量仪器置于水中,这种测量方法需要快速的时间进行流速测量,如果测量时间过长,河面上会重新结冰,对测量仪器损伤极大。现行的河水流速测量仪大多数是对未结冰的河水流速进行测量,而对于冰下河水流速测量的仪器较少。基于此种情况,本论文设计了一个基于超声波多普勒法冰下河水流速的测量装置,该装置可以不破冰对冰下河水流速进行测量。本装置通过采集接收多普勒频移信号差值,利用公式进行计算,实现测量冰下河水流速的功能。基于超声波多普勒法冰下河水流速的测量装置包括发射系统、接收系统和上位机三个部分。发射系统通过发射换能器向冰下河水发射一定频率的超声波信号,首先,设计了基于开关器件IRFP460的发射H桥路,并且根据H桥路的开关器件和发射波形的特点,设计了基于FPGA芯片的时序信号发生电路和隔离驱动电路,通过超声波换能器发射超声波;其次,接收系统中信号放大电路、带通滤波器、乘法器和低通滤波器电路对接收换能器的信号进行处理,通过ADS7841芯片对处理后的信号数据进行高精度采样,然后将采集后的数据保存在STM32单片机中,通过串口模块将数据发送至上位机;最后,设计了上位机LabVIEW软件,软件实现对STM32单片机采集数据的快速傅里叶变换处理和显示接收系统工作状态的功能,通过公式计算出测点的河水流速,将流速值显示在上位机软件界面中,并将测量数据存储在上位机。设计完成后,首先测试了冰下河水流速测量装置的各部分性能指标,并在伊通河长春市自由大桥段进行实地测量,测量出测点的河水流速,证明了仪器在实地测量工作的有效性与测量方法的可行性。