径流泥沙组合传感器及泥沙含量测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种径流泥沙组合传感器及泥沙含量测量装置，涉及浓度测量技术领域，该测量装置包括：径流泥沙组合传感器和上位机，上位机与径流泥沙组合传感器的电源信号接口连接，用于发送控制信号给微处理单元，以操纵近红外管发射阵列组开始发射或停止发射近红外光，接收数字信号，并根据数字信号计算泥沙含量。本实用新型专利技术中径流泥沙组合传感器通过近红外管发射阵列组发射的近红外光透射待测泥沙溶液，根据近红外管接收阵列组所接收红外线光的衰减程度计算泥沙含量，提高了测定泥沙含量的准确性，并通过径流泥沙组合传感器和上位机配合使用，选择不同的传感器信号计算不同量程的泥沙含量，扩大了近红外线法测量泥沙含量的范围。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

径流泥沙组合传感器及泥沙含量测量装置
本技术涉及浓度测量
，特别涉及一种径流泥沙组合传感器及泥沙含量测量装置。
技术介绍
现有技术中测定泥沙含量的方法主要分为以下三种一、烘干法。烘干法是应用比较广泛的测定泥沙含量的方法。其设备简单，方法易行，精度很高，常被作为评价其他方法的标准，但是烘干测量周期长，劳动强度大，不适于频繁大量测量。另外，一般实验在野外完成时会采用酒精燃干法，这种方法对于酒精的纯度有有一定的要求，所以也容易产生一定的误差。一般步骤为取一定体积的含沙水样，沉淀排水后放入烤箱中加热除去水分(105°C烘箱中烘Mh以上)，冷却后测量得到泥沙质量。这种方法用公式表示如下式 Wpv =—其中，P v为含沙量(kg/m3)，W为泥沙重量(kg)，V为水沙混合液体体积(m3)。二、电容法。电容法测量径流含沙量是最近提出一种测量方法。电容法利用泥水混合物中泥沙含量的变化引起其电容器介电常数变化这一电物理学性质，从而通过测量电容的变化来测量含沙量变化。李小昱等人用这种测量方法研制了两种结构形式的电容传感器平板式与同轴圆筒式。含沙量P与传感器输出U之间的关系为平板式电容传感器P = 4. 18U-3168. 41同轴圆筒式电容传感器P = 4. 98U-5288. 56实验测量了径流中含沙量与传感器输出间的关系，以及温度、径流流速、土壤种类、土壤含盐量等因素对电容传感器响应特性的影响。结果表明，水流含沙量与电容传感器的输出呈线性关系传感器的输出随温度的升高而逐渐增大；流速、土壤种类、土壤含盐量对传感器的输出影响比较小。平板电容之间，尽管其介电常数与含沙量之间不满足单调函数关系，但在含沙量未达到宾汉体之前，介电常数随泥沙含量的变化呈单调递增趋势。通过试验验证平板式电容传感器的非线性误差为0.2%，重复性误差为0. 13 % ；同轴圆筒式电容传感器的非线性误差为0. 1 %，重复性误差为0. 1 %。电容传感器原理简单，而且电容测量系统构造简单、成本低、使用安全、响应速度快，但是电容受温度影响较大，并且电容两端输出电压随温度、土壤含盐量升高而呈非线性增加趋势，使得电容法的测量精度和适用条件受到一定限制。尚未开发适合野外监测过程的传感器。三、超声波法。超声波法分为超声波衰减法和超声波反射法。超声波衰减法的原理是超声波在媒质中传播时，由于媒质对超声波的散射、吸收以及超声波自身的扩散因素， 其能量(振幅、声强等)随距离增大而逐渐减小的现象，称为超声波的衰减。超声波法利用这种原理的传感器来测量含沙水流中超声波的衰减系数，计算得到径流含沙量。方彦军的研究中提出超声波衰减法包括单一脉冲波幅度法、比值法和面积比值法。超声波反射法的原理是利用超声波由于介质浓度不同而反射程度不同，即含沙量不同时超声波的反射会随之变化的关系来测量径流含沙量。超声波反射法比较适用于低含沙量的测量，而且测量精度较高，但是测量范围较小0 3kg/m3。通过超声波法测量含沙量时，为保证超声波经衰减和散射后的信号能被接收到， 其强度不能过小。但是超声波强度较大时，当其穿过悬移质溶液时，超声波会与泥沙颗粒发生相互作用而产生“空化现象”而影响泥沙含量，同时还会造成较大泥沙颗粒粉碎而改变原有悬移质粒子的粒径组成。此时用事先标定好的公式来计算含沙量将会产生误差。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术要解决的技术问题是扩大近红外线法测量泥沙含量的测量量程、覆盖低含沙量至极高含沙量范围；提高测定泥沙含量的便捷性与准确性，以及实现径流泥沙的自动测量。(二)技术方案为解决上述技术问题，本技术提供了一种径流泥沙组合传感器，其特征在于， 所述径流泥沙组合传感器包括至少两个泥沙传感器；每个泥沙传感器均包括微处理单元、近红外管发射阵列组、近红外管接收阵列组、预处理单元、以及电源信号接口。所述微处理单元分别与所述预处理单元、以及近红外管发射阵列组、电源信号接口连接，所述预处理单元与所述近红外管接收阵列组连接，每个径流泥沙传感器的近红外管发射阵列组和近红外管接收阵列组之间的距离不同；所述微处理单元，用于控制所述近红外管发射阵列组开始发射或停止发射近红外光，接收所述预处理单元发送的数字信号，并将该数字信号转发至所述电源信号接口 ；所述近红外管发射阵列组，用于发射近红外光；所述近红外管接收阵列组，用于接收所述近红外管发射阵列组所发出的近红外光，并将响应信号发送至所述预处理单元；所述预处理单元，用于将所述响应信号依次进行信号放大、滤波和模拟/数字转换，并将转换得到的数字信号发送至所述微处理单元。优选地，所述径流泥沙组合传感器中每个径流泥沙传感器还包括功率放大单元， 设置在所述微处理单元与所述红外发射管组之间，用于提高所述近红外管发射阵列组所发射近红外光的光强。优选地，所述径流泥沙组合传感器中每个径流泥沙传感器还包括手柄，所述微处理单元、预处理单元、以及功率放大单元设置于所述手柄中，所述近红外管发射阵列组和近红外管接收阵列组设置于所述手柄一端，且彼此相对，所述电源信号接口设置于所述手柄另一端。优选地，所述近红外管发射阵列组为多个近红外管发射阵列，所述近红外管接收阵列组为与所述多个近红外发射阵列相对应的多个近红外管接收阵列。本技术还公开了一种基于所述的径流泥沙组合传感器的泥沙含量测量装置， 其特征在于，包括径流泥沙组合传感器和上位机，所述上位机与所述径流泥沙组合传感器的电源信号接口连接，用于发送控制信号给微处理单元，以操纵近红外管发射阵列组开始发射或停止发射近红外光，接收所述电源信号接口发送的数字信号，并根据所述数字信号选择不同的传感器信号计算不同量程的泥沙含量。(三)有益效果本技术中径流泥沙组合传感器通过近红外管发射阵列组发射的近红外光透射待测泥沙溶液，根据近红外管接收阵列组所接收红外线光的衰减程度计算泥沙含量，提高了测定泥沙含量的准确性，并通过径流泥沙组合传感器和上位机配合使用，扩大了近红外线法测量泥沙含量的测量范围、以及实现径流泥沙的自动测量。附图说明图1是按照本技术一种实施方式的径流泥沙组合传感器中一个径流泥沙传感器的结构框图；图2是图1所示的径流泥沙组合传感器中一个径流泥沙传感器的具体结构示意图；图3是一种基于图1所示的径流泥沙组合传感器的泥沙含量测量装置的具体结构示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。图1是按照本技术一种实施方式的径流泥沙组合传感器中一个径流泥沙传感器的电路框图，包括微处理单元1、近红外管发射阵列组2、近红外管接收阵列组3、预处理单元4、以及电源信号接口 5，所述微处理单元1分别与所述预处理单元4、以及近红外管发射阵列组2、电源信号接口 5连接，所述预处理单元4与所述近红外管接收阵列组3连接， 每个径流泥沙传感器的近红外管发射阵列组2和近红外管接收阵列组3之间的距离不同；所述微处理单元1，用于控制所述近红外管发射阵列组2开始发射或停止发射近红外光，接收所述预处理单元4发送的数字信号，并将该数字信号转发至所述电源信号接 Π 5 ；所述近红外管发射阵列组2，用于发射近红外光；所述近红外管接收阵列组3，用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷廷武，赵军，刘琳，屈丽琴，啜瑞媛，夏卫生，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：实用新型
国别省市：