一种用于水体泥沙含量监测的传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种用于水体泥沙含量监测的传感器，包含第一壳体与第二壳体，第二壳体与第一壳体旋转连接并动密封形成封闭腔体；第一壳体整体呈柱状，其中一端为透光的U形内凹面；在封闭腔体设有电源模块、旋转机构、控制单元与红外发射单元，控制单元与红外发射单元电性连接，以控制发射红外光经U形内凹面发出，在外部的物体表面散射或反射形成反射光；在第一壳体内包含多个在不同方向接收所述反射光的光电传感单元；各所述光电传感单元的输出分别与控制单元的输入相连；旋转机构与第一壳体或第二壳体传动连接，以使得第一壳体与第二壳体相对旋转。本发明专利技术测量更准确，且能够方便的测量河底浮沙情况以及悬移质输沙率数据。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水体泥沙含量监测的传感器
本专利技术涉及水文测沙的
，具体涉及一种用于水体泥沙含量监测的传感器。
技术介绍
目前河流泥沙含量自动监测是世界难题，在水土保持与水文测验中河流泥沙含量一直是一个非常重要的指标，目前我国主要泥沙监测站点仍然使用人工取样称重进行分析，整个过程需要持续半个月以上，而且会带来非常大的人为误差。在水位上涨需要取沙的时候不分时间，测站人员冒着洪水的危险都要取样。所以有一种能够彻底解决泥沙在线监测的设备才能够让该项繁琐且危险的工作变得简单高效。现有基于红外测量原理实现水体含沙量测量传感器多采用三孔立体反射结构的泥沙传感器，即具备两个方向的红外接收管接收反射的红外光，由此大大降低了测量的随机性，增加了测量值的稳定性。但由于功能单一，存在测量作业的诸多不便，测量数据也存在偏差；比如当片状物体正面对着测试光时，受光面较大，故有很大几率反射或散射；当片状物体侧面对着测试光时，受光面较小，反射或散射几率小；传统传感器无法实现数据校正；而在测量河底浮沙悬移质时需要借助辅助设备扬起浮沙，测量非常不方便，测量位置与测量时间也不容易控制；不能随水体流速主动调整采样率或与水体流速关联，因此难以获知悬移质输沙率，需要结合其他辅助设备进行配合，调整统一流速测量点与含沙量测量点的传感器位置才可；若传感器上附着了异物，现有的传感器本身难以处理，自清洁的效果不太理想。为解决以上问题，有必要进行深入研究。
技术实现思路
针对现有技术中所存在的不足，本专利技术提供了一种用于水体含沙量监测的传感器，以提升监测水体含沙量的准确度。根据本专利技术的实施例，一种用于水体泥沙含量监测的传感器，包含第一壳体与第二壳体，所述第二壳体与第一壳体旋转连接并动密封形成封闭腔体；所述第一壳体整体呈柱状，且其中一端为透光的U形内凹面；在封闭腔体设有电源模块、旋转机构、控制单元与红外发射单元，控制单元与红外发射单元电性连接，以控制发射红外光经U形内凹面发出，在外部的物体表面散射或反射形成反射光；在第一壳体内包含多个在不同方向接收所述反射光的光电传感单元；各所述光电传感单元的输出分别与控制单元的输入相连，控制单元根据各光电传感单元的感应信息计算水体泥沙含量；所述电源模块提供控制单元、红外发射单元、光电传感单元、旋转机构所需用电；所述旋转机构与第一壳体或第二壳体传动连接，以使得第一壳体与第二壳体相对旋转。进一步的，还包含旋接杆；所述旋接杆的一端与第一壳体或第二壳体旋转连接，旋接杆的另一端与第二壳体或第一壳体固定连接。进一步的，所述旋转机构包含电机；电机壳体与第一壳体或第二壳体相对固定，对应的在第二壳体或第一壳体的内缘固定有齿圈；所述电机的输出轴连接有齿轮，以与所述齿圈啮合传动连接；电机的供电端与电源模块的输出相连或通过电缆与外部连接。进一步的，所述红外发射单元包含至少两个发射不同波长红外光的子光源，或包含一个可发射不同波长红外光的单光源；所述红外发射单元发射红外光线的波长在640nm～960nm之间。进一步的，封闭腔体内还包含定位模块和/或温度传感器；所述定位模块与控制单元通信连接，以传递地理经度、纬度信息；所述温度传感器的输出与控制单元的输入相连，以传递水体温度信息。进一步的，第一壳体内还包含压力传感器；压力传感器的工作面设于第一壳体的外侧面；压力传感器的输出与控制单元的输入相连。进一步的，第一壳体内还包含超声波流速传感器；所述超声波流速传感器嵌装于U形内凹面的外表面；超声波流速传感器的输出与控制单元的输入相连。进一步的，在旋接杆上还同轴固定有空心轴导电滑环或空心轴光电组合滑环，以在第一壳体与第二壳体的相对旋转过程中至少传输电源模块与控制单元的供电或信号。进一步的，所述空心轴导电滑环或空心轴光电组合滑环均包含定子部分与转子部分，且定子部分设有定子连接端，转子部分设有转子连接端；定子部分与第一壳体或旋接杆相对固定，对应的，转子部分与旋接杆或第一壳体相对固定；与第一壳体固定的定子部分的定子连接端，或转子部分的转子连接端，与电源模块或控制单元电连接或通信连接。进一步的，第一壳体内包含有测光罩，所述测光罩包含圆弧凹面，所述圆弧凹面与U形内凹面相对；在测光罩的圆弧凹面上呈周向嵌装有若干传导光纤；在封闭腔体内还设有若干光开关与若干Y形光纤；传导光纤与光开关的光路输入一一连接，光开关的输出与Y形光纤的输入连接，以用于传输测量红外光或传输反射红外光；Y形光纤的合路段或Y形竖直段连接至光电传感单元的光接收端或红外发射单元的发光端；所述光开关的控制端与控制单元的输出相连；所述控制单元存储有光开关的控制编码与传导光纤在圆弧凹面位置的对应信息。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、不同波长的红外线对水体中的泥沙敏感度不同，穿透效果不同，结合PWM的调节，具有更多参照数据组，测量更准确；2、U形内凹面可在一定范围内调整流过内凹空间水体的速度，具有一定的取样主动性，在旋转泥沙传感器时，短时间的流速变化能够对传感器工作面进行自清洁；而在不同流速下，由于不同大小的泥沙下沉的速度不同，在不同波长测量下，可得到更全面的信息；3、通过压力传感器可获取所处水体深度信息，结合定位、温度、流速等信息，测量更全面；4、超声波流速传感器可获取水体流速信号，能够用于判断传感器所处的相对位置（内凹面的U形口与流水方向一致或是垂直），为主动取样提供参考数据，另外，当泥沙传感器被异物附着，影响水流速度较为明显，容易及时发现，并通过对泥沙传感器进行旋转、上下移动，结合压力传感器所传输信息等能够判断是否去掉附着物，无需将泥沙传感器完全取出；5、通过电机可使得第一壳体，第二壳体发生相对转动，当第二壳体通过电缆或辅助支杆牵引时，电机转动输出则第一壳体旋转，从而实现泥沙传感器朝向的主动调节；6、通过测光罩固定的传导光纤可在多个方向上进行光的发射与接收，测量维度更多，有助于更准确的测量；并且传导光纤与光开关实现了光电传感器的复用，减少了光电传感器的数量，可节省静态能耗；7、利用空心轴导电滑环或空心轴光电组合滑环的旋转电导通或旋转信号导通，使得传感器的第一壳体，第二壳体能够持续发生相对旋转，为传感器的朝向调整以及自清洁奠定了基础，同时也提高了供电或信号传输的稳定性与可靠性。8、功能复合性强，适用场景广泛。附图说明图1为实施例的结构组成示意图。图2为实施例中第一壳体的结构示意图。图3为实施例中第二壳体的结构示意图。图4为实施例中第二凸台的结构示意图。图5为实施例中第一壳体的下视图。图6为实施例中空心轴导电滑环或空心轴光电组合滑环的连接示意图。图7为实施例的光路示意图。图8为实施例的电路原理示意图。图9为实施例中第一壳体U形内凹面的局部示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术中的技术方案进一步说明。实施例1本实施例提出了一种用于水体泥沙含量监测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水体泥沙含量监测的传感器，其特征在于：包含第一壳体与第二壳体，所述第二壳体与第一壳体旋转连接并动密封形成封闭腔体；所述第一壳体整体呈柱状，且其中一端为透光的U形内凹面；在封闭腔体设有电源模块、旋转机构、控制单元与红外发射单元，控制单元与红外发射单元电性连接，以控制发射红外光经U形内凹面发出，在外部的物体表面散射或反射形成反射光；在第一壳体内包含多个在不同方向接收所述反射光的光电传感单元；各所述光电传感单元的输出分别与控制单元的输入相连，控制单元根据各光电传感单元的感应信息计算水体泥沙含量；所述电源模块提供控制单元、红外发射单元、光电传感单元、旋转机构所需用电；所述旋转机构与第一壳体或第二壳体传动连接，以使得第一壳体与第二壳体相对旋转。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于水体泥沙含量监测的传感器，其特征在于：包含第一壳体与第二壳体，所述第二壳体与第一壳体旋转连接并动密封形成封闭腔体；所述第一壳体整体呈柱状，且其中一端为透光的U形内凹面；在封闭腔体设有电源模块、旋转机构、控制单元与红外发射单元，控制单元与红外发射单元电性连接，以控制发射红外光经U形内凹面发出，在外部的物体表面散射或反射形成反射光；在第一壳体内包含多个在不同方向接收所述反射光的光电传感单元；各所述光电传感单元的输出分别与控制单元的输入相连，控制单元根据各光电传感单元的感应信息计算水体泥沙含量；所述电源模块提供控制单元、红外发射单元、光电传感单元、旋转机构所需用电；所述旋转机构与第一壳体或第二壳体传动连接，以使得第一壳体与第二壳体相对旋转。


2.如权利要求1所述的一种用于水体泥沙含量监测的传感器，其特征在于：还包含旋接杆；所述旋接杆的一端与第一壳体或第二壳体旋转连接，旋接杆的另一端与第二壳体或第一壳体固定连接。


3.如权利要求2所述的一种用于水体泥沙含量监测的传感器，其特征在于：所述旋转机构包含电机；电机壳体与第一壳体或第二壳体相对固定，对应的在第二壳体或第一壳体的内缘固定有齿圈；所述电机的输出轴连接有齿轮，以与所述齿圈啮合传动连接；电机的供电端与电源模块的输出相连或通过电缆与外部连接。


4.如权利要求1或2所述的一种用于水体泥沙含量监测的传感器，其特征在于：所述红外发射单元包含至少两个发射不同波长红外光的子光源，或包含一个可发射不同波长红外光的单光源；所述红外发射单元发射红外光线的波长在640nm～960nm之间。


5.如权利要求4所述的一种用于水体泥沙含量监测的传感器，其特征在于：封闭腔体内还包含定位模块和/或温度传感器；所述定位模块与控制单元通信连接，以传递地理经度、纬度信息；所述温度传感器的输出与控...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴鉴，杨运，高旗远，
申请(专利权)人：天宇利水信息技术成都有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51