[发明专利]一种宽量程和动态最佳分辨率测量含沙量的测量装置及方法

权利要求书

1.一种自适应宽量程和动态最佳分辨率测量含沙量的测量方法，根据测量装置实现的，其中测量装置包括包括微处理器、可编程恒流驱动电路、红外传感器、信号放大电路和A/D转换电路，其中所述可编程恒流驱动电路为LED恒流驱动电路，由微处理器GPIO引脚输出n个占空比不同的PWM脉冲信号控制输出n档恒流电流；所述红外传感器呈U型结构，其一侧安放一个红外光源并与红外光源毗邻平行放置第一光电接收器，其另一侧与光源对向的位置安放第二光电接收器，所述第一光电接收器用于接收后向散射光强信号，所述第二光电接收器用于接收透射光强信号，所述微处理器控制可编程恒流驱动电路驱动所述红外光源发射红外光，所述红外光被悬沙颗粒散射后为光源同侧的第一光电接收器接收，并由所述放大电路放大后经A/D转换电路发送至所述微处理器变为后向散射光强信号电压值存储；所述红外光源所发出的红外光透过U型槽内含沙水体后为对向第二光电接收器接收，并由所述放大电路放大后经AD转换电路发送至所述微处理器变为透射光强信号电压值存储，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：将可编程恒流驱动电路电流输出共固定分为n档，电流从大到小排列依次为I₁、I₂、I₃……I_n，完成一次测量的硬件控制逻辑，控制光源以I₁和I_n，I₂和I_n-1，……，I_n/2和I_n/2+1的大、小驱动电流配对的顺序交替发光，光源每发光一次即测量一次透射光强，但仅在最大功率发光时测量一次后向散射光强，n为大于1的整数；

步骤S2：建立含沙量与不同发光功率红外透射光强信号电压和红外后向散射光强信号电压的标定模型，并确定光源驱动电流最低有效输出档位；

步骤S3：将测量装置放入待测水体内，根据有效光源驱动电流输出档位，按照硬件操作逻辑快速完成测量，并记录测得的光透射和后向散射光强信号电压，最终按照标定模型转换出所测量水体的含沙量数值；

其中，步骤S2具体包括：

步骤S201：将传感器浸入配置好的悬浮泥沙悬浊液中，启用:测量装置中可编程恒流驱动电路的全部预置电流档，按照硬件控制逻辑测量最大电流档对应后向散射光强信号电压和所有电流档对应透射光强信号电压，并测量多次取均值；

步骤S202：点绘所有含沙量与功率档透射光强信号电压的对应关系曲线，以及含沙量与后向散射光强信号电压的对应关系曲线；

步骤S203：从后向散射光强信号电压与含沙量关系曲线中判读出后向散射光强信号电压峰值对应含沙量数值，取该峰值对应含沙量加2kg/m³——SSC_cr(0)作为后向散射光强信号的有效测量区间下限；

步骤S204：读取所有档位透射光强信号电压达到A/D转换电路转换上限时对应含沙量数值，从小到大顺序排列依次为SSC_cr(1)、SSC_cr(2)……SSC_cr(m)，分别对应I₁、I₂……I_m个从大到小的驱动电流档位；

步骤S205：读取清水中透射光强信号电压仍未达到A/D转换电路转换上限的最大电流档位，该电流档位即为光源驱动电流最低有效输出档位，更低电流输出档在后续实际测量中将不再使用，有效光源驱动电流输出档共计为m+1个；

步骤S206：构建驱动电流最低有效输出档I_m+1透射光强信号电压与含沙量在全量程内的标定方程，粗算含沙量SSC_test：

SSC_test＝f(V_{OT_I(m+1)})

基于粗算含沙量与临界含沙量值，构建精细分段标定方程：

其中：V_OB为光后向散射信号电压值，为电流档光透射信号电压值，各分段函数均采用多项式形式拟合形式。