一种两角度散射光水下粒子浓度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种两角度散射光水下粒子浓度测量方法，属于河工模型检测技术领域，包括以下步骤：步骤一：将一束光线垂直入射到所述梯形棱镜的一侧斜面上，发生反射形成反射光线，反射光线反射在底面上发生折射并折射出底面形成第一折射光线，同时产生折射角θ；第一折射光线在水中发生散射，从散射光线中选取两条散射光线；计算所述梯形棱镜的斜面与水平线夹角；计算光源、第一探测器和第二探测器之间的距离；计算得到所述梯形棱镜的面积。本发明专利技术解决了现有水下粒子浓度测量方法结构复杂，一致性难以保证的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种两角度散射光水下粒子浓度测量方法
本专利技术属于河工模型检测
，具体涉及两角度散射光水下粒子浓度测量方法。
技术介绍
目前使用的基于光学散射法水下粒子浓度检测的仪器很多采用双角度散射光探测，其中90度散射光和后向45度散射光是其中的代表，为保证光接收角度相对于发射光角度的正确性，大多数是从结构安装上进行调整，这些系统中发射光源光轴和对应的光学系统光轴是一致的，同样接收探测器光轴和对应光学系统光轴也是一致的，它们分别作一定角度的偏转，通过这两个偏转角保证了对应角度散射光的接收；也有的仅仅采用90度散射角的光电测沙仪采用发射水平安装，接收垂直安装的方法，这些设计在实际安装和使用中带来一定的不便性，对应仪器的安装直径较大，安装要求较高；同时由于工作面不是平整的因而清洗带来不便，需要一种新的测量方法来解决现有的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种两角度散射光水下粒子浓度测量方法，以解决现有水下粒子浓度测量方法结构复杂，一致性难以保证的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术的一种两角度散射光水下粒子浓度测量方法，测试系统包括位于液体中的梯形棱镜、向所述梯形棱镜发送光线的发射模块和接收发射模块发出光线的第一探测器及第二探测器，测量方法包括以下步骤：步骤一：将一束光线垂直入射到所述梯形棱镜的一侧斜面上，发生反射形成反射光线(2)，所述反射光线(2)反射在底面上发生折射并折射出底面形成第一折射光线(4)，同时产生折射角θ；所述第一折射光线(4)在液体发生散射，从散射光线中选取第一散射光线(3)和第二散射光线(7)；所述第一散射光线(3)与第一折射光线(4)构成夹角α，α＝45°，所述第一散射光线(3)垂直从底面梯形棱镜射出；所述第一折射光线(4)和第二散射光线(7)以第一散射光线(3)为轴线，并产生了散射角α和β，α＝β，所述第二散射光线(7)又在底面上发生折射，产生第二折射光线(5)，所述第二折射光线(5)在另一斜面上发生反射并垂直射出梯形棱镜；步骤二：计算所述梯形棱镜的斜面与水平线夹角；步骤三：计算光源、第一探测器和第二探测器之间的距离；步骤四：根据步骤二，计算得到所述梯形棱镜的面积。上述液体为水，步骤二中，所述梯形棱镜斜面与水平线夹角的计算方法如下：基于预设的α＝45°，由折射公式得n水sinɑ＝n玻璃sinθθ≈38.8°，n水＝1.33，n玻璃＝1.5在四边形HMFP中，∠PHM+∠HMF+∠θ+∠HPF＝360°∠PHM+∠HMF＝90°，∠θ＝38.8°，所以∠HPF＝141.2°，∠HPM＝70.6°得到∠PMF＝70.6°在△MOF中，∠MFO＝90°，∠OMF＝∠PMF＝70.6°得∠O＝19.4°又在△OPB中，可得∠ABO＝∠PBO＝70.6°故梯形棱镜斜面与水平线夹角为70.6°。上述步骤三中，所述光源、第一探测器和第二探测器之间的距离计算方法如下：当EQ＝5cm时，FE＝5cm根据对称性可得BF＝5cm△MPB与△MBF全等，在△HMP中，HM≈6.659cmHK＝HM+BF＝11.659cm根据光路对称性可知，在安置光源与第一探测器和第二探测器时，其安置间隔为11.659cm。上述梯形棱镜的面积计算方法如下：∠A＝∠HPM＝70.6°，AD＝2AK＝2(AM+MK)＝2(21.271+5)＝52.542cmBC＝20cm上述发射模块采用的是红外发射模块。上述梯形棱镜、发射模块、第一探测器及第一探测器均安装在同一水平面上。本专利技术的技术效果和优点：该两角度散射光水下粒子浓度测量方法，简化了安装工艺要求，缩小了安装圆载体的直径，具有如下优点：1、光源和探测器放在同一水平面上，安装便利，工艺容易保证；2、由于反射的利用，光源和探测器的距离较短，使得仪器的直径较小；3、改变光源和探测器的距离，就是改变水中粒子散射的位置，而不会引起探测角度的改变。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术增加标记角度及字母的示意图。图中：2、反射光线；3、第一散射光线；4、第一折射光线；5、第二折射光线；7、第二散射光线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了如图1-2中所示的一种两角度散射光水下粒子浓度测量方法，包括以下步骤：步骤一：一束光线垂直入射到一块形为梯形棱镜的左侧斜面上，在斜面上发生反射，反射光线2作为入射光线在底面上发生折射(产生折射角θ)并折射出梯形棱镜，第一折射光线4在水中发生散射，本实施例中，从散射光线取了两种情况，第一种为经过第一折射光线4散射出第二散射光线7，两光线对称并产生了散射角α和β，α＝β，第二散射光线7又在底面上发生折射，产生第二折射光线5，第二折射光线5在右侧斜面上发生反射并垂直射出梯形棱镜，由图1-2可知，以第一散射光线3为分界线，左右两边对称；第二情况是产生第一散射光线3，第一散射光线3与第一折射光线4构成夹角α，α＝45°，最后第一散射光线3垂直从梯形棱镜射出(梯形棱镜放在水中)。n水＝1.33，n玻璃＝1.5；步骤二：获得梯形棱镜斜面与水平线夹角，为便于计算在下图中标记角度及字母；α＝45°，由折射公式得n水sinɑ＝n玻璃sinθθ≈38.8°在四边形HMFP中，∠PHM+∠HMF+∠θ+∠HPF＝360°∠PHM+∠HMF＝90°，∠θ＝38.8°，所以∠HPF＝141.2°，∠HPM＝70.6°可以得到∠PMF＝70.6°在△MOF中，∠MFO＝90°，∠OMF＝∠PMF＝70.6°得∠O＝19.4°又在△OPB中，可得∠ABO＝∠PBO＝70.6°故梯形棱镜斜面与水平线夹角为70.6°，计算出角度为我们如何在水中放置梯形棱镜节省了时间；步骤三：计算光源、第一探测器和第二探测器之间的距离：当EQ＝5cm时，FE＝5cm根据对称性可得BF＝5cm△MPB与△MBF全等，在△HMP中，HM≈6.659cmHK＝HM+BF＝11.659cm由光路对称性可知，在安置光源、第一探测器和第二探测器时，按照光源-第一探测器-第二探测器这样的顺序放置，而且装置间隔为11.659cm；步骤四：计算获得结构的尺寸：根据步骤二求得梯形棱镜的面积∠A＝∠HPM＝70.6°，AD＝2AK本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两角度散射光水下粒子浓度测量方法，测试系统包括位于液体中的梯形棱镜、向所述梯形棱镜发送光线的发射模块和接收发射模块发出光线的第一探测器及第二探测器，其特征在于：/n测量方法包括以下步骤：/n步骤一：将一束光线垂直入射到所述梯形棱镜的一侧斜面上，发生反射形成反射光线(2)，所述反射光线(2)反射在底面上发生折射并折射出底面形成第一折射光线(4)，同时产生折射角θ；/n所述第一折射光线(4)在液体发生散射，从散射光线中选取第一散射光线(3)和第二散射光线(7)；/n所述第一散射光线(3)与第一折射光线(4)构成夹角α，α＝45°，所述第一散射光线(3)垂直从底面梯形棱镜射出；/n所述第一折射光线(4)和第二散射光线(7)以第一散射光线(3)为轴线，并产生了散射角α和β，α＝β，所述第二散射光线(7)又在底面上发生折射，产生第二折射光线(5)，所述第二折射光线(5)在另一斜面上发生反射并垂直射出梯形棱镜；/n步骤二：计算所述梯形棱镜的斜面与水平线夹角；/n步骤三：计算光源、第一探测器和第二探测器之间的距离；/n步骤四：根据步骤二，计算得到所述梯形棱镜的面积。/n

【技术特征摘要】
1.一种两角度散射光水下粒子浓度测量方法，测试系统包括位于液体中的梯形棱镜、向所述梯形棱镜发送光线的发射模块和接收发射模块发出光线的第一探测器及第二探测器，其特征在于：
测量方法包括以下步骤：
步骤一：将一束光线垂直入射到所述梯形棱镜的一侧斜面上，发生反射形成反射光线(2)，所述反射光线(2)反射在底面上发生折射并折射出底面形成第一折射光线(4)，同时产生折射角θ；
所述第一折射光线(4)在液体发生散射，从散射光线中选取第一散射光线(3)和第二散射光线(7)；
所述第一散射光线(3)与第一折射光线(4)构成夹角α，α＝45°，所述第一散射光线(3)垂直从底面梯形棱镜射出；
所述第一折射光线(4)和第二散射光线(7)以第一散射光线(3)为轴线，并产生了散射角α和β，α＝β，所述第二散射光线(7)又在底面上发生折射，产生第二折射光线(5)，所述第二折射光线(5)在另一斜面上发生反射并垂直射出梯形棱镜；
步骤二：计算所述梯形棱镜的斜面与水平线夹角；
步骤三：计算光源、第一探测器和第二探测器之间的距离；
步骤四：根据步骤二，计算得到所述梯形棱镜的面积。


2.根据权利要求1所述的两角度散射光水下粒子浓度测量方法，其特征在于：所述液体为水，步骤二中，所述梯形棱镜斜面与水平线夹角的计算方法如下：
基于预设的α＝45°，由折射公式得n水sinɑ＝n玻璃sinθ

θ≈38.8°，n水＝1.33，n玻璃＝1.5
在四边形HMFP中，∠PHM+∠HMF+∠θ+∠HPF＝360°
∠PHM+∠HM...

【专利技术属性】
技术研发人员：王驰，夏云峰，曹长飞，房红兵，刘传杰，薛剑锋，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，南京理工大学，长江水利委员会水文局长江口水文水资源勘测局，
类型：发明
国别省市：江苏;32