一种基于光学原理的便携式泥沙浓度测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种河工模型泥沙试验及现场河流的泥沙观测装置，具体是一种便携式的泥沙浓度测量装置。


背景技术：

2.泥沙研究是研究河流和土地治理的重要研究方向，也是近海海洋环境治理的关键指标，在泥沙研究中，需要研究泥沙的转移轨迹及泥沙输送量，研究的具体方法是研究泥沙在运动过程的浓度变化以及辐射范围，来判定泥沙的量及运动趋势，因此泥沙浓度的测量在泥沙研究中具有重要的意义。
3.目前，普遍采用的是直接称重测量法来测量泥沙浓度，具体方法是：先取一定的量的样品，再将样品烘干，前后两次质量差为水的重量，最后换算出泥沙的含量，此法的优点是直观易理解，缺点是耗时耗力且测量值偏小，烘干需要在100℃的环境下持续十小时左右，同时该温度下，样品中的有机质易被碳化，测量周期较长，需要投入大量的工时人力，不适用需要实时监测泥沙浓度的场合。
4.此外，对于泥沙浓度的间接测量方法，目前国外也有一些成熟的仪器可供选择，常见的有多普勒浓度计，多普勒浓度计的原理是测量超声波的反射信号强度来换算泥沙浓度，泥沙浓度与超声波的信号强度有一定的相关性，泥沙浓度越高，散射回来的信号越强。但是在浓度较高的浑水中，超声信号急剧衰减，信号难以检测，且在泥沙介质较为复杂的浑水时，超声遇见较大块体的泥沙颗粒会大大增强反射信号，导致测量不精确，因此多普勒浓度计一般应用在浓度适中且泥沙颗粒较为均匀的场合。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种基于光学原理的便携式泥沙浓度测量装置，该装置应具有操作方便、测量精准的特点。
6.本实用新型的技术方案是：
7.一种基于光学原理的便携式泥沙浓度测量装置，其特征在于：该装置包括盒体以及固定在盒体底部的测量杆；所述盒体内设有控制板、电源模块、光源调制模块、信号处理模块、数据存储模块与倾斜传感器，盒体外部设有显示屏、按钮与数据接口，测量杆上设有沿着长度方向排列的若干对测点，每个测点包括发射探头和接收探头；所述控制板分别电连接电源模块、光源调制模块、信号处理模块、数据存储模块、倾斜传感器、显示屏、按钮与数据接口；所述光源调制模块通过光纤连接每个测点的发射探头，信号处理模块通过光纤连接每个测点的接收探头。
8.所述若干对测点对称于测量杆轴线布置在测量杆的两侧。
9.所述盒体内还设有连接控制板的倾斜传感器。
10.所述测量杆上共设有3
‑
7对测点，相邻两对测点的间距为4
‑
6cm。
11.所述测量杆为空心管，光纤布置在测量杆内孔中，光纤一端穿过盒体外壳并连接
光源调制模块或信号处理模块，光纤另一端穿过测量杆侧壁并连接发射探头或接收探头。
12.所述接收探头上配用光学滤片。
13.所述测量杆为铝合金圆管。
14.本实用新型的有益效果是：
15.本实用新型实现了在线实时泥沙浓度测量，可同时测量不同深度水流的泥沙浓度，并且可同时测量对同一个深度、两处横向相邻部位的浓度，从而避免了由于泥沙浓度不均匀或者其他问题造成的偶然误差；测得的泥沙浓度数据实时显示在盒体上，并可保存或读取一段时间内的泥沙浓度数据；本实用新型入水及靠近水面部分均采用防水设计，可在各种状况的水域进行测量，适用范围更广，同时采用调制光源，对低浓度和高浓度的泥沙情况均能保证较好的精确度，在试验室和原型观测中均可使用。
附图说明
16.图1是本实用新型的主视结构示意图。
17.图2是本实用新型中盒体的主视结构示意图。
18.图3是本实用新型中测量杆的剖面结构示意图。
19.图4是本实用新型中各模块的连接关系示意图。
具体实施方式
20.以下结合附图所示的实施例，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。
21.如图1所示，一种基于光学原理的便携式泥沙浓度测量装置，包括盒体1 与测量杆2。所述盒体内设有控制板3、电源模块4、光源调制模块5、信号处理模块6、数据存储模块7与倾斜传感器14，盒体外部设有显示屏8、按钮9与数据接口10。
22.所述测量杆垂直固定在盒体底部,测量杆上设有沿着长度方向排列的若干测点，这些测点对称于测量杆轴线布置，每个测点包括发射探头11和接收探头 12。所述接收探头上配用光学滤片(图中省略)，用于防止外界光线的干扰，保证在白天测量时也能正常工作。所述测量杆上共设有3
‑
7对测点，用于测量不同深度的泥沙浓度，相邻两对测点的间距为4
‑
6cm。
23.所述控制板分别连接电源模块、光源调制模块、信号处理模块、倾斜传感器、数据存储模块、显示屏、按钮与数据接口。所述光源调制模块通过光纤13 连接每个测点的发射探头，信号处理模块通过光纤连接每个测点的接收探头。所述测量杆为顶端与盒体内腔连通且底端封闭的空心管，光纤布置在测量杆内孔中，光纤一端穿过盒体外壳并连接光源调制模块或信号处理模块，光纤另一端穿过测量杆侧壁并连接发射探头或接收探头(测量杆上设有对应的光纤孔)。
24.所述盒体采用塑料盒，测量杆采用铝合金圆管，铝合金圆管的顶端与塑料盒的底板连通，铝合金圆管上攻丝成螺旋纹，并在盒体底板的开孔处加金属垫片，通过两颗螺丝将铝合金圆管反向固定，固定后在连接处点好玻璃胶，做好防水。所述铝合金圆管推荐的长度为一米，直径6mm，铝合金圆管上设置光纤孔用于安装探头(图中省略)，共有5对(10个)测点固定在铝合金圆管上，相邻两对测点的间距为5cm，最下方的测点与铝合金圆管底端距离为
40cm。
25.所述控制板的型号优选为bcm2837模块。所述电源模块为配有稳压器的锂电池，可采用12v的高容量锂电池，用于向各模块供电。所述光源调制模块的型号优选为英飞凌igbtff300r12ks4，光源调制模块采用的发光原件为高功率的红外激光发生器，光源调制模块产生的光经过等长的光纤传输至发射探头并向外发射，所有的发射探头公用一个发光单元，可以确保光源统一性。
26.所述光纤采用直径1mm的粗光纤，可以保证较好的透光性，尽量减少光传输损耗，每个探头均单独配一条光纤，防止相互间的干扰。所述测点在测量杆上对称布置，可以测量同一深度相近位置的泥沙浓度，以减少偶然因素造成的误差。
27.所述信号处理模块用于将光电信号转化为数字信号，信号处理模块的型号优选为yibo
‑
na12，发射探头发出的光照射到泥沙上产生反射光，接收探头接收到反射光并通过光纤传输至信号处理模块中，信号处理模块进行处理时，反射光信号先通过光敏电阻转为电流信号，电流信号再被依次转为电压信号和数字信号，最后通过换算关系转为泥沙浓度。信号处理模块中配有光敏电阻、光敏三极管和桥架电路，光敏电阻的阻值与反射光的强弱成线性关系，反射光越强，阻值越小，反之亦然，光敏三极管和桥架电路直接输出微弱的电流信号。
28.所述显示屏用于显示测量结果，可采用小尺寸lcd液晶显示屏(如2004lcd 液晶显示模块)，能实时显示一个对组的泥沙浓度数据(5对测点共10个数据)，用于对比同一区域附近的泥沙浓度，减少偶然误差。
29.所述倾斜传感器用于感知装置与大地的倾斜角，倾斜传感器的型号优选为 mpu6050，倾斜角数值也显示在显示屏上。所述数据存储模块用于以时间为序存储测量数据，存储容量大小为256mb，通常情况下一秒钟存储一组泥沙浓度数据，一组数据的大小为0.1kb，可连续测量存储700小时的数据，满足了大部分实验室及户外测量要求。所述数据存储模块的型号优选为kingston sdc256mb。
30.本实用新型的使用方法为：
31.在试验过程中，先打开电源，检查测量杆的清洁度以及探头是否遮挡，检查工作结束后，将测量杆竖直插入需要测量的区域并固定；按下电源按钮和启动按钮开始试验，装置开始测量，同时实时显示各测点的泥沙浓度数据；试验结束后，按停止按钮停止保存数据，并可通过数据接口导出数据，导出格式为 excel，方便在电脑端处理查阅，数据接口同时也是充电接口，可在电池电量不足时进行充电。
32.本实用新型采用光学原理测量泥沙浓度，对一个浓度区域内进行多点测量，并实时显示泥沙的浓度，操作快捷便利，具有较为广泛的适用性，可以在精度要求较高的试验室中使用，也可在环境较差的室外原型观测中使用。