专利名称：一种红外测沙方法
技术领域：
本发明涉及一种用于河工、港工、海洋工程的测量含沙量的方法。
背景技术：
含沙量的测量在河工、港工、海洋工程中是一个重要的水文参数，在物理模型试验中更显示它的重要性。传统的测量方法是取样烘干、称重。这种方法测量的精度取决于取样的样品，一般说来在样品决定后，测量精度很高。此方法也是目前评价其他物理测量仪器精度的依据。但上述方法耗费人力物力，而且需要花费很长时间，特别是在研究含沙水流瞬时浓度、垂直分布等动态参数时，就显得力不从心了。为了克服上述局面，国内外科技工作者进行了大量工作，目前取得了一些可喜的成果，例如利用光电、激光、电磁、超声、同位素等多种物理测量方法进行测量。虽然这些方法都有各自的特点，但其中有的测量精度会受到水质颜色的影响，有的只适用于测量含沙量较低的水质。例如光电法，该方法对于有颜色的水基本上不起作用，从而使测量值误差较大。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种不会受到水质的影响并且测量精度更高的红外测沙方法。
为实现上述目的，本发明一种红外测试方法包括如下步骤1)首先将红外发射器向不含沙的水体发射红外线，并调节载波信号为零；2)用红外发射器向含沙的水体发射一定频率的红外线；3)用红外接收器采集在水体中经过反射、散射的红外线信号；4)使该信号与归零的载波信号相叠加，输出一个随泥沙浓度随机变化而调制的频率信号；5)最后经解调放大器滤波放大后，再还原成一个输出电压，该电压即是仅与水中含沙浓度分布有关的电压信号。
本发明利用红外光在清水中的反射率很小，而在悬沙水体中随浓度的增加反射率也增加的相关性，能够更准确地测量各种水体的含沙量，并且不受水质的影响。本发明可测量2Kg/m3以下的低含沙量的水体，如长江口，分辨率可达0.05Kg，精度在2％左右；也可以测量含沙量在2～50Kg/m3的水体，精度在5％左右。
图1为本发明电路结构示意框图。
图2为安装有光学处理单元的红外发射、接收单元的结构示意图。
图3为本发明探测原理图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明具体所使用的装置包括频率调制及功放单元1、红外发射单元2、红外接收单元3、光学处理单元4、预放处理单元5、信号叠加单元6、调解放大单元7、A/D转换单元8和供电单元10，其中，频率调制及功放单元1用于根据沙的不同粒径调整红外频率，使红外发射单元2发射的红外信号频率达到最佳；红外发射单元2用于向含沙水体发射红外线；红外接收单元3用于收集经含沙水体散射后的红外信号；光学处理单元4用于对红外发射单元2和红外接收单元3发射和接收的红外光进行过滤处理，如图2所示，光学处理单元4可以由光拦装置11、滤光片12和光学镜片13组成，光拦装置11、滤光片12和光学镜片13依次设置在红外发射单元2和红外接收单元3前；预放处理单元5用于将红外接收单元4收集的红外信号进行初步放大处理；信号叠加单元6用于处理预放处理单元5发大后的信号，使输出电压信号与含沙浓度满足为二或三次函数关系，在低含沙量测量时可近似为一次函数关系；解调放大单元7用于将信号叠加单元6处理后的信号二次放大；A/D转换单元8用于将解调放大单元7放大后的信号转换为数字信号，并传输给计算机9进行处理；供电单元10用于向上述各个单元供电。
如图3所示，红外发射单元2发射红外光在圆锥空间A-B内传播，当水中不存在泥沙颗粒(不存在具有散射、反射的媒体，即使存在其量也很小，可忽略)，则红外接收单元3接收不到发射的调制波。当水中含沙量慢慢增加时，通过泥沙媒质，反射、散射光增强，并进入到红外接收单元3接收的区域内。随着沙量增加，红外接收单元3接收光强也增加，但当泥沙浓度不断增加，红外辐射A-B的圆锥体也缩短，最后仪在E圆锥体内传播就消耗吸收了。进入C-D圆锥体的量就很小。
使用本发明时，首先将红外发射单元2放置在清水容器中，通过信号叠加单元6使本发明的输出为零伏，也就是说此时载波信号为零。然后再在含有泥沙的水体里进行测量。当水体泥沙颗粒增加时，光的后向散射能量也逐渐增加，红外接收单元3把接收信号传输给预防处理单元5后，再通过信号叠加单元6进行汇总叠加，输出一个随泥沙浓度随机变化而调制的频率信号。经解调放大单元7滤波放大后，再还原成一个输出电压，该电压是仅与水中含沙浓度分布有关的电压信号。
本发明中，频率调制及功放单元1可选用频率调制功放电路，红外发射单元2可选用红外反射管，红外接收单元3可选用红外接收管，预放处理单元5可选用放大电路，信号叠加单元6可选用单片机，调解放大单元7可选用调制放大解调器，A/D转换单元8可选用A/D转换电路。
权利要求
1.一种红外测试方法，其特征在于，包括如下步骤1)首先将红外发射器向不含沙的水体发射红外线，并调节载波信号为零；2)用红外发射器向含沙的水体发射一定频率的红外线；3)用红外接收器采集在水体中经过反射、散射的红外线信号；4)使该信号与归零的载波信号相叠加，输出一个随泥沙浓度随机变化而调制的频率信号；5)最后经解调放大器滤波放大后，再还原成一个输出电压，该电压即是仅与水中含沙浓度分布有关的电压信号。
全文摘要
本发明公开了一种红外测试方法包括如下步骤1)首先将红外发射器向不含沙的水体发射红外线，并调节载波信号为零；2)用红外发射器向含沙的水体发射一定频率的红外线；3)用红外接收器采集在水体中经过反射、散射的红外线信号；4)使该信号与归零的载波信号相叠加，输出一个随泥沙浓度随机变化而调制的频率信号；5)最后经解调放大器滤波放大后，再还原成一个输出电压，该电压即是仅与水中含沙浓度分布有关的电压信号。本发明利用红外光在清水中的反射率很小，而在悬沙水体中随浓度的增加反射率也增加的相关性，能够更准确地测量各种水体的含沙量，并且不受水质的影响。
文档编号G01N21/17GK1932481SQ200610113519
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月29日 优先权日2006年9月29日
发明者任志远, 吴晓华, 任育民 申请人:中国科学院力学研究所, 吴晓华