[发明专利]具有侧向补偿的激光无线测沙仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种含沙量测量方法及测量仪器，特别适用于河工模型试验和现场的测量仪器

背景技术

在大型河工模型试验中，测量水中的沙含量是必不可少的一个实验，目前国内市场上现有的很多测沙仪器都是通过测量光束的透射光强来判断水中的沙含量。因为在测水中沙含量的实验过程中，当一束光经过水样品后，只有一部分光是能投射到180度的光纤上的，其余损失的部分有一部分是被水中的沙等吸收了，还有一部分则是被沙散射了，所以通过原先的技术测出来的含沙量结果精度不会很高，无法满足实验的要求。现有的测沙仪器主要有以下几点原因无法满足在大型河工模型试验中的测试要求：

(1)在沙的含量较低的水中，由于透射光强度相比较于入射光强度的变化太小，所以就无法测出比较精确的结果。

(2)在沙的含量较高的水中，由于沙本身对光线会有一定的吸收，所以测出的沙含量结果不准确。

(3)光束直接透过沙打到透射检测器上，由于光束在检测器上产生的温度及电子元器件的漂移，造成信号的微小变化，会影响检测器的测量精度，因此这也会影响到水中沙含量的测量结果。

(4)少量的泥沙微粒黏附在光透射或散射壁面上，造成有效的透射光和散射光强度减小，影响水中含沙量检测的结果。

因为目前国内市场上的测沙仪器采用的直接测量透射光强的方法无法完全满足大型河工模型的试验，所以本发明提出在此方法的基础上增加90度方向散射光强的测量方法，将90度方向上的散射光强与透射光强比较计算出测量出水中的沙含量，大大的提高了测出结果的测量范围和测量准确度。又因为光强检测器会因为光束发热导致检测器的灵敏度降低而影响到测量结果，所以本发明提出采用光纤代替检测器测量90度散射与透射光强，以提高光强的测量精度，最终提高实验结果的测量精度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种测量精度高的具有侧向补偿的激光无线测沙仪。

实现本发明目的的技术方案是：具有侧向补偿的激光无线测沙仪，包括光源和光纤传感器，所述光纤传感器由光导纤维和光传感元件组成，所述光导纤维包括第一光导纤维和第二光导纤维，所述第一光导纤维的延伸方向与照射光线方向一致，所述第二光导纤维的延伸方向与照射光线方向成90度角。

作为本发明的进一步改进，所述光传感元件为光电二极管，包括第一、第二和第三光电二极管，第一光电二极管用于接收第一光导纤维的信号，第二光电二极管用于接收第二光导纤维的信号，第三光电二极管用于接收来自光源的分光信号。作为本发明的进一步改进，所述光源包括LED灯和设置在LED灯前方的透镜，LED灯光线经透镜折射为平行光线。采用LED灯冷光源，发光效率高，稳定性好，长时间照射，温升小，温度特性好。

作为本发明的进一步改进，所述具有侧向补偿的激光无线测沙仪还包括数据采集与处理单元和计算机控制及数据分析装置；所述数据采集与处理单元用于采集所述光传感元件输出的模拟信号，将模拟信号进行数模转换和调制放大，并通过无线网络模块传输至所述计算机控制及数据分析装置；所述计算机控制及数据分析装置，用于通过无线网络控制数据采集电路进行数据采集，并对采集的数据进行计算，根据计算结果显示含沙量。

作为本发明的进一步改进，所述LED灯还和受控于所述计算机控制及数据分析装置的功率控制电路连接，形成可调LED灯。

作为本发明的进一步改进，所述计算机控制及数据分析装置执行下列步骤：(1)控制LED光源处于打开状态，分别采集光源参考光强数据、透射光光强数据、90度方向光强数据；(2)控制LED光源处于关闭状态，分别采集上述三路光强数据；(3)分别计算二者的差值光强，这样就有效消除了背景光和光电探测器本身的暗电流对测试的影响；(4)对三路差值数据，利用参考光强作分母做除法运算，计算相对值，这样就消除参考光光强波动对测试的影响；(5)将90度光强做参考，选取一定的加权因子，将透射光强和90度光强的加权和与之作除法运算，结果作为最终测量值。该步骤是提高测量线性范围的技术措施。

本发明提出的增加90度方向散射光强的光纤，测沙仪器中的LED光源通过透镜后形成平行光束，平行光束在传输过程中经过被测物(即水中沙石)的吸收、反射和散射后，有一部分透射光线能照射到180°方向的光纤上，有一部分散射光照射到90°方向的光纤上。在90°和180°方向的光纤上接收到的光束强度与被测水中的沙含量有一定的关系，因此通过测量透射光和散射光的光强就可以计算出水中的沙含量。