[发明专利]单波长测量泥沙装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，尤其涉及一种单波长测量泥沙装置及其测量方法。

背景技术

一般水体中均含有一定量的泥沙，泥沙是泥与沙的总称。江、河、湖泊由于流水速度不同，使夹带的泥沙规律性地分级沉降的产物，其成分取决于流域内地表流失土和河岸崩塌物的成分，最细的一部分颗粒，不断淤积成泥，河泥一般储量丰富，化学成分稳定，颗粒级比较均匀，生产成本低，是生产水泥优良的天然黏土质原料。河沙是天然石在自然状态下，经水的作用力长时间反复冲撞、摩擦产生的，其成份较为复杂、表面有一定光滑性，杂质含量多的非金属矿石，河沙颗粒圆滑，比较洁净，来源广。海洋、水文和环境调查中,经常需要测定不同深度水体中的泥沙含量，因目前的常规光学遥感技术只能测量表层水体中的泥沙含量,所以满足这种要求的唯一途径迄今仍然是采用传统的水文学方法，这种方法需要用船只运载笨重的采水器采集不同深度的水样,然后,将大量瓶装的水样,运送回实验室进行过滤、灼烧、衡重、称重等一系列繁杂操作，对于泥沙含量较高的水体,过滤一升水样就需要十多小时，成百上千水样的过滤,耗时十分惊人，所以这种成本高、效率低的技术现状极待改善。随着经济社会的发展以及光谱技术的进步，光谱技术在水环境监测与水质参数定量反演的应用日趋广泛，方法也不断发展与成熟。根据实测透射光谱数据，可以分析研究区域的悬浮泥沙浓度与粒度分布规律，初步探究两者之间的关系，以及光谱与悬浮泥沙浓度、粒度变化的响应关系，但是，光谱测量泥沙含量仍然存在偶然误差大、测量精度低、操作复杂等问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供单波长测量泥沙装置及其测量方法，

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种单波长测量泥沙装置，包括外壳、单波长光源、比色皿仓、探测器、显示面板、电源、单片机构成，其中，比色皿仓固定在外壳内部中间，单波长光源与探测器分别固定在比色皿仓两侧相对位置，显示面板固定在外壳表面上部，电源与单片机固定在外壳内部下面，单片机通过导线分别与单波长光源、探测器、显示面板、电源相连。

进一步的，单波长光源为具有5-20nm光谱宽度的单色LED，且单色光的波长范围是分布在实验测量分析得到的最优取值区间之内的，其具体取值可通过更换LED及通过附加对应的滤波片来设定其具体范围；

进一步的，探测器采用带通滤波片封装，其带通波段对应单波长光源的波段范围；

进一步的，单次测量采样的数据组数与每次测量间的间隔时间可以通过单片机设定。

一种单波长测量泥沙装置及其测量方法，其测量步骤如下：

（1）将圆筒型取样桶（圆筒直径D、高H）预置在待测点河底，取样桶上边沿与河底表层泥沙面齐平，经过T小时后取出取样桶，沥干其内部的水分，然后再用烘干机去除水分，得到烘干的泥沙标本；

（2）将经过烘干的泥沙标本，分别取1g，2g，3g，4g，5g，6g，加水配成1000ml的混合溶液共6瓶，分别贴上标签1、2、3、4、5、6以备实验测量；

（3）采用紫外可见分光光度计测量上述6种不同浓度泥沙溶液的吸光度，得到泥沙混合溶液的光谱图；

（4）分析上述6组光谱图，得到吸光度没有突变扰动的n个优化测量区间；

（5）分别计算n个优化测量区间与6个浓度的线性相关系数R，得到一个相关系数最大的最优测量区间，并得到泥沙含量NS与吸光度X的关系式NS=a*X+b，其中，a、b为计算得到的每个区间的泥沙含量NS与吸光度X间的线性系数；

（6）针对最优测量区间，采用对应波长的LED光源进行单波长吸光度测量，间隔时间t测量待测水样3次或3次以上；

（7）对待测水样的单波长测量结果进行优化处理，具体算法是：去掉最大值与最小值，如果剩余值的个数仍大于等于3，继续去掉最大值与最小值，直至剩余值的个数为2或1；

（8）剩余值的个数为1时，直接将此值代入关系式NS=a*X+b，得到泥沙含量的最终输出结果；

（9）剩余值的个数为2时，将此两个值取平均代入关系式NS=a*X+b，得到泥沙含量的最终输出结果。

进一步的，圆筒直径D、高H可根据河流、湖泊等水体的具体环境设置其具体大小；

进一步的，取样时间T根据水体的泥沙含量大小来设置其值大小，一般设置范围在1到100小时之间；

进一步的，紫外可见分光光度计测量吸光度，其光谱波长取值范围在200nm—1100nm区间任意可设；