一种多排差分式光敏测钎、系统及测钎方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多排差分式光敏测钎、系统及测钎方法，通过在一根测钎上密贴集成多排线阵光敏元件，并依照设计目标设置，每只线阵光敏元件独立测量土壤层在测钎上相对位置的变化，并将多只线阵光敏元件数据差分，融合计算，以实现更高精度的土壤流失量的测量。线阵部分插入土壤中，在阳光中暴露的线阵基元在光电效应下产生电流信号，而土壤下的基元不感应太阳光，由此获得土壤位置。线阵光敏元件由独立封装的光敏基元线性密排而成，光敏测量的精度受制于基元封装尺寸，将多根线阵光敏元件位置错开，将每根所得的土壤位置信息融合差分，从而突破光敏测量面临的封装尺寸限制，提升水土流失测量精度。土流失测量精度。土流失测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种多排差分式光敏测钎、系统及测钎方法


[0001]本专利技术属于水土保持在线检测
，特别是水土保持在线监测系统，具体涉及一种多排差分式光敏测钎、系统及测钎方法。

技术介绍

[0002]传统的水土流失监测主要的技术为人工测钎法，测钎法是指在坡面内尽可能减小地表扰动的情况下，向地表有规律插入若干刻有刻度的细钎，并在细钎中做好标记，记录原始土层高度，后期通过记录土层高度的变化，观测计算土壤侵蚀量。以上方法对人工有过多依赖，成本高，监测周期长、时效性差，不能适应水土保持监测信息化、智能化的需求。因此，在人工测钎的原理背景下，出现了基于光敏感知的自动化智能测钎。
[0003]光敏测钎的原理为，在测钎杆的一侧，沿钎杆方向，连续贴装多只光敏元件，如光敏二极管等，形成线性阵列。将此阵列的一部分随测钎插入土壤中，土壤之上的光敏元件对太阳光敏感，输出电流或电压信号。而土壤之下的光敏元件不接受光照射，不输出光信号，通过分析信号输出临界位置的光敏元件序号，可以计算出土壤平面位置，从而得到水土流失数据。
[0004]由于光敏元件封装存在一定的宽度，即使密排贴装，相邻光敏元件的间隔一般大于1.5mm，也就是说，光敏测量的分辨率大于1.5mm，不能满足水土保持监测小于1mm的精度要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种多排差分式光敏测钎、系统及测钎方法，使测钎分辨率提升至1mm以内。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所述一种多排差分式光敏测钎，包括测钎杆，测钎杆侧壁安装有n个线阵光敏元件，每个所述线阵光敏元件包括m只沿竖直方向依次排列的光敏基元，所述n个线阵光敏元件的顶部依次相差距离为a，a小于光敏基元封装尺寸；所述n个线阵光敏元件和信号处理模块连接，所述信号处理模块用于根据n个线阵光敏元件测量到的电流或电压信号，计算土壤层距离线阵光敏元件顶部的距离。
[0007]进一步的，测钎杆侧壁开设有凹槽，所述n个线阵光敏元件安装在所述凹槽中。
[0008]进一步的，每只光敏基元封装宽度为1mm～2mm。
[0009]进一步的，线阵光敏元件与信号处理模块之间设置有模拟开关，所述模拟开关用于控制线阵光敏元件分时段向信号处理模块传递电流或电压信号。
[0010]进一步的，信号处理模块的输出端与通过无线通讯模块与上位机通讯。
[0011]进一步的，探测基元为光电探测器。
[0012]一种多排差分式光敏测钎系统，包括多根上述的多排差分式光敏测钎。
[0013]一种多排差分式光敏测钎方法，包括以下步骤：
[0014]S1、在测钎杆上安装n个线阵光敏元件，相邻线阵光敏元件高度方向的位置错开，
错开间距a小于光敏基元封装尺寸；
[0015]S2、将测钎插入被测量区域，线阵光敏元件下部插入土壤中，每只线阵光敏元件独立测量土壤层在测钎上相对位置的变化，并将多只线阵光敏元件数据差分，求解得到土壤层距离线阵光敏元件顶部的距离。
[0016]进一步的，S2中，土壤层距离线阵光敏元件顶部的距离的包括以下步骤：
[0017]第1根线阵光敏元件所确定的土壤层距离本根线阵光敏元件顶部的位置表示为：
[0018][0019]第2根线阵光敏元件所确定的土壤层距离本根线阵光敏元件顶部的位置表示为：
[0020][0021]第n根线阵光敏元件所确定的土壤层距离本根线阵光敏元件顶部的位置表示为：
[0022][0023]联立每根线阵光敏元件所测得的不定方程，进行差分解算，得到土壤层距离测钎光敏面顶部的距离的范围为
[0024]其中：L0为线阵光敏元件总长度，Lxi为土壤层距离测钎光敏面顶部的距离，i＝1,2，
……
m，k为线阵光敏元件中裸露于土壤之上的光敏基元(1)的序号，h为临界土壤光敏纵排的序号。
[0025]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
[0026]本专利技术所述的一种多排差分式光敏测钎，在测钎杆上设置多个顶部位置不同的线阵光敏阵列，每只线阵光敏元件独立测量土壤层在测钎上相对位置的变化，并将多只线阵光敏元件数据差分，提高土壤流失量的测量精度。
[0027]进一步的，将线阵光敏元件安装在凹槽中，对线阵光敏元件起保护作用。
[0028]进一步的，线阵光敏元件与信号处理模块之间设置有模拟开关，所述模拟开关用于控制线阵光敏元件分时段向信号处理模块传递电流或电压信号，实现处理器的时分复用，降低产品成本、体积、功耗。
[0029]本专利技术所述的测钎系统，包括多个多排差分式光敏测钎，可测量某一范围内土壤流失情况，测量精度高，满足实际需求。
[0030]本专利技术所述的方法，基于多排差分原理，将n排线阵光敏阵列采集的数据融合解算，将测量精度提高了n倍，可使分辨率提升至1mm以内，使基于光敏原理的智能化测钎真正走向实用，为水土保持的自动化监测提供有力支撑。
附图说明
[0031]图1为现有的测钎结构示意图；
[0032]图2为本专利技术提供的测钎结构示意图；
[0033]图3为本专利技术电路连接。
[0034]附图中：1、光敏基元，2、土壤界面，3、太阳光，4、测钎杆，5、信号处理模块，6、无线
通讯模块，7、供电模块。
具体实施方式
[0035]为了使本专利技术的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术。
[0036]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0037]本专利技术提供了基于光敏原理，分辨率更高的智能化自动测钎技术。
[0038]图1所示的是现有的测钎，该测钎主要包含在测钎杆，测钎杆一侧开槽，槽上加装可见光透过的玻璃盖板。槽内安装有线性光敏阵列，线性光敏阵列由连续密贴的一列光敏二极管等光敏基元组成，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多排差分式光敏测钎，其特征在于，包括测钎杆(4)，测钎杆(4)侧壁安装有n个线阵光敏元件，每个所述线阵光敏元件包括m只沿竖直方向依次排列的光敏基元(1)，所述n个线阵光敏元件的顶部依次相差距离为a，a小于光敏基元(1)封装尺寸；所述n个线阵光敏元件和信号处理模块(5)连接，所述信号处理模块(5)用于根据n个线阵光敏元件测量到的电流或电压信号，计算土壤层距离线阵光敏元件顶部的距离。2.根据权利要求1所述的一种多排差分式光敏测钎，其特征在于，所述测钎杆(4)侧壁开设有凹槽，所述n个线阵光敏元件安装在所述凹槽中。3.根据权利要求2所述的一种多排差分式光敏测钎，其特征在于，每只光敏基元(1)封装宽度为1mm～2mm。4.根据权利要求1所述的一种多排差分式光敏测钎，其特征在于，所述线阵光敏元件与信号处理模块(5)之间设置有模拟开关，所述模拟开关用于控制线阵光敏元件分时段向信号处理模块(5)传递电流或电压信号。5.根据权利要求1所述的一种多排差分式光敏测钎，其特征在于，所述信号处理模块(5)的输出端与通过无线通讯模块(6)与上位机通讯。6.根据权利要求1所述的一种多排差分式光敏测钎，其特征在于，探测基元为光电探测器。7.一种多排差分式光敏测钎系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷磊，吴健，董子晗，郑树海，周海宏，白晓春，万昊，王良，王少军，郭安祥，王辰曦，丁德，马悦红，吕平海，郭季璞，樊创，魏刚，
申请(专利权)人：国网西安环保技术中心有限公司，
类型：发明
国别省市：