本发明专利技术涉及一种反射式含沙量测量方法及测量装置，包括以下步骤：1)设置一包括有近红外传感器、单片机、光源驱动电路、放大电路和数据采集器的含沙量测量装置，所述近红外传感器包括有光源、光电探测器和玻璃板；2)测量前，对待测的含沙水流的含沙量进行标定试验，建立标定模型；3)测量时，将近红外传感器放置到待测的含沙水流中，重复上述步骤采集经泥沙反射的光信号，并得到反射光的电压信号强度值，根据所述标定模型，反求出待测含沙水流的含沙量。本发明专利技术可以广泛应用于水土流失严重的地区使用，尤其适用于高含沙量的泥沙水流的测量过程中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种含沙量测量方法及测量装置，特别是关于一种适用于高含沙量的反射式含沙量测量方法及测量装置。
技术介绍
我国是水土流失比较严重的国家之一，突出的问题是河流含沙量较高，例如黄河流域，根据《中国河流泥沙公报》资料，1950 2005年黄河干流下游重要水文站实测多年平均输沙量为9亿吨左右，每年的平均含沙量为25kg/m3左右，局部河段可达几百甚至上千千克每立方米。含沙量的测量是水土流失自动监测体系中的重要内容，如何快速、准确、连续测量含沙量对于土壤侵蚀研究、引水灌溉、港口航运和水利工程运行安全等具有重要意义。目前，测量河流含沙量的方法有直接测量法和间接测量法，直接测量法一般采用 烘干法，烘干法人为因素影响较大，不仅费时费力，而且不能很好地监测水流含沙量的动态变化过程；间接测量法有振动法、超声波法、激光法、遥感法、光电法和红外线法等。上述测量方法基本用于测量泥沙含沙量较低的情况，测量精度较高，但是测量范围有限，特别是含沙量超过50kg/m3时，无法满足测量要求。与本专利技术最接近的技术是红外测沙仪，它是采用近红外线后向反射方法或透射方法测量含沙量。通常情况下，红外测沙仪所能测量的含沙量也在50kg/m3以下，受泥沙组成等的影响较大，不适用于高含沙量的测量。由于我国水土流失严重，坡面和河道含沙量均较高，所以限制了红外测沙仪的应用。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够准确、快速测量含沙水流中高含沙量的反射式含沙量测量方法及测量装置。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种反射式含沙量测量方法，包括以下步骤1)设置一包括有近红外传感器、单片机、光源驱动电路、放大电路和数据采集器的含沙量测量装置，所述近红外传感器包括有光源、光电探测器和玻璃板；2)测量前，对待测的含沙水流的含沙量进行标定试验，建立标定模型，具体过程为①将近红外传感器放置到已知含沙量的水流中，单片机通过光源驱动电路控制光源发出近红外光，近红外光透过玻璃板照射到含沙水流中；②光电探测器接收经泥沙反射的光信号，并将接收到信号转换成电信号后经放大电路发送到单片机，经单片机进行A/D转换后输出到数据采集器中，数据采集器根据设定的采集时间存储并显示反射光的电压信号强度值；③根据反射光的电压信号强度值与已知含沙量浓度值之间的关系得到标定模型Y = Ax+B,式中，A和B分别为回归系数和回归常数；3)测量时，将近红外传感器放置到待测的含沙水流中，重复上述步骤采集经泥沙反射的光信号，并得到反射光的电压信号强度值，根据所述标定模型，反求出待测含沙水流的含沙量。所述步骤2)中所述标定模型的建立过程为1)将近红外传感器固定设置在一搅拌容器中，并向搅拌容器中加入一定量的纯净水，将已知质量的待测含沙水流中的泥沙放入搅拌容器中，得到含有待测泥沙的含沙水流；2)对搅拌容器中的泥沙进行搅拌，通过光源发出近红外光照射，数据采集器通过光电探测器采集得到反射光信号的强度值；3)测量完成后，继续向搅拌容器中加入已知质量的泥沙，重复步骤2) ；4)根据测量得到的一组反射光信号的强度值Y及对应的含沙量值X，通过拟合，求解得出回归系数A和回归常数B，将A和B代入，既求解得到反射光的电压信号强度值与已知含沙量浓度值之间的关系得到标定模型Y = Ax+B。实现所述测量方法的一种反射式含沙量测量装置，其特征在于它包括有单片机、光源驱动电路、放大电路和数据采集器；所述近红外传感器呈碗状，所述近红外传感器的底部中心设置有一光电探测器，围绕所述光电探测器的四周内侧面上设置有一个以上的光源，与所述光电探测器相对一侧设置一玻璃板，使整个所述近红外传感器形成一中空密闭结构；所述单片机控制所述光源驱动电路连接所述光源驱动其发出近红外光，所述近红外光经泥沙反射后被所述光电探测器接收，经所述放大电路发送到所述单片机，所述单片机将接收到的信号进行A/D转换后发送到所述数据采集器进行存储显示。 所述光源与所述光电探测之间的夹角为45度。所述光源波长采用1800nm和1940nm中的一种以上。所述光源米用基于GaInAsSb型光电二极管。所述光电探测器采用GaInAsSb的TO24型的光电二极管。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本专利技术由于在含沙水流中设置一个近红外传感器，且在其上设置有一个以上光源、一光电探测器和一玻璃板，因此在对含沙水流进行测量时，光电探测器可以直接接收含沙水流中经泥沙反射的光信号，并根据已知的标定模型准确快速地得到含沙量值。2、本专利技术由于采用近红外反射方式对含沙水流中的含沙量进行测量，与已有技术中后向反射方法或透射方法相比，本专利技术特别适用于对高含沙量的含沙水流进行测量。3、本专利技术的光源波长可以采用1800nm和1940nm中的一种，或者两种波长组合使用，因此可以根据使用需要，对测量量程进行方便的选择。4、本专利技术的光电探测器采用基于GaInAsSb的TO24型的光电二极管，由于光电二级管具有快速的响应时间，因此本专利技术能够快速、准确的完成含沙量的测量；同时由于采用的光电探测器只接收光源波段的近红外光，因此不受自然光线的影响。5、本专利技术的光源采用基于GaInAsSb型的光电二极管，由于基于GaInAsSb型的光电二极管体积小,耗能少,寿命长,响应速度快，因此本专利技术含沙量的测量装置的稳定性良好。本专利技术可以广泛应用于水土流失严重的地区使用，尤其适用于高含沙量的泥沙水流的测量过程中。附图说明图1(a)是本专利技术的测量装置的结构示意图；图1(b)是图1(a)中近红外传感器的左视示意图；图2是本专利技术的试验装置示意图；图3是本专利技术含沙量与数据采集器读取的反射光信号强度值之间的关系图，横坐标表示含沙量，单位是kg/m3，纵坐标表示反射光信号强度值；图3(&)采用ISOOnm光源对黄河泥沙的含沙量的测量结果，决定系数R2 = O. 90 ;图3 (b)是采用1940nm光源对黄河泥沙的含沙量的测量结果，决定系 数R2 = O. 96 ;图3(c)是采用ISOOnm光源对渭河泥沙的含沙量的测量结果，决定系数R2 = O. 99;图3(d)采用1940nm光源对渭河泥沙的含沙量的测量结果，决定系数R2 = O. 96 ;图3(e)是采用ISOOnm光源对天水泥沙的含沙量的测量结果，决定系数R2 = 0.96;图3(f)是采用1940nm光源对天水泥沙的含沙量的测量结果，决定系数R2 = O. 97 ；图4是本专利技术的实际水流含沙量与采用标定模型计算水流含沙量的结果比较示意图，“ ”表示黄河泥沙含沙量的计算结果，“ ■”表示渭河泥沙的含沙量的计算结果，“ ▲”表示天水泥沙的含沙量的计算结果，横坐标表示实际含沙量，单位为kg/m3，纵坐标表示通过标定模型计算得出的计算含沙量，单位是kg/m3;图4(a)是采用ISOOnm光源的实际水流含沙量与采用标定模型计算得到的含沙量的结果比较图，三种泥沙实际值和模型计算值均在I : I直线附近，且拟合方程决定系数R2均大于0.91 ;图4(b)是采用1940nm光源的实际水流含沙量与采用标定模型计算得到的含沙量的结果比较图，三种泥沙实际值和模型计算值均在I : I直线附近，且拟合方程决定系数R2均大于O. 95。具体实施例方式下面结合附图和本文档来自技高网...
【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，张宜清，赵军，殷哲，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
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