[发明专利]一种水文站用红外光学式自动测沙装置和方法

说明书

本发明涉及水文测沙技术领域，公开了一种水文站用红外光学式自动测沙装置和方法。测沙装置包括导轨、设置于导轨上并沿导轨运动的滑轮装置，以及由滑轮装置直接或间接带动沿导轨上下运动的高度调节装置、红外测沙传感器和数据采集与控制模块；高度调节装置使得红外测沙传感器与水面保持距离；红外测沙传感器的朝向与水面相平行；数据采集与控制模块用以数据处理和通信；红外测沙传感器上设有方位检测传感器；方位检测传感器与数据采集与控制模块连接。本发明开创性的采用浮动测量方案，通过高度调节装置确保了在不同时间段或不同水位时红外测沙传感器能够在与水面保持相同距离进行测量，有效的提高了测量精度和准确性。

技术领域

本发明涉及水文测沙的技术领域，具体地，涉及一种水文站用红外光学式自动测沙装置和方法。

背景技术

在水文学中，泥沙一般是指在河道水流作用下移动着或曾经移动的固体颗粒。水流挟带着泥沙运动，河床又由泥沙组成，两者之间的泥沙经常发生交换，这种交换引起了河床的冲淤变化。

而悬移质也称悬沙，是指被水流挟带，而远离河床悬浮于水中，随水流向前浮游运动的泥沙。一般把自河底泥沙粒径的两倍以上至水面之间运动的泥沙视为悬移质。由于水流的紊动保持悬浮，在相当长的时间内这部分泥沙不与河床接触。

水文上传统的悬移质泥沙测验方法为：使用泥沙采样仪器现场采样，在测沙室采用烘干法，计算悬移质泥沙含量。其中，现场采样要耗费大量的时间和人力，而且在高洪时进行野外取样工作，存在较高的风险。此外，烘干法有沉淀浓缩水样，烘干冷却装有浓缩水样烧杯这两个步骤，根据含沙量的不同，所需的时间也不同，但至少需要7天进行沉淀，8小时进行烘干，步骤繁琐，时效性差。传统的悬移质取样测验方法，无法实时在线测量，难以捕捉沙峰，不符合当前水文发展的趋势。

目前可用于在线测量的测沙仪主要有以下四种类型：同位素测沙仪，超声波测沙仪，红外光测沙仪，振动测沙仪。其中，同位素测沙仪的测量范围较广，可到1000kg/m3，但在低含沙量下的分辨率不理想，且存在辐射问题。超声波测沙仪体积较大，价格昂贵，难以安装。振动测沙仪则要求安装位置的流速必须较大，此外，在流速较小，或含沙量较大时，容易堵塞振动管，无法正常测量。红外光测沙仪体积小，便于安装，在低含沙量下测量精准。

我国华南区的基本水文站，大部分站点上下游均有水利工程，且水土保持力度持续加大，因此粒径大的悬移质颗粒大部分被拦截在闸门下，这也使得河流的悬移质泥沙在断面的横向分布上趋于均匀，是水文站实现悬移质泥沙在线监测的有利条件。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种水文站用红外光学式自动测沙装置；

本发明的另一目的在于提供一种水文站用红外光学式自动测沙装置的测沙方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种水文站用红外光学式自动测沙装置，包括导轨、设置于导轨上并沿导轨运动的滑轮装置，以及由滑轮装置直接或间接带动沿导轨上下运动的高度调节装置、红外测沙传感器和数据采集与控制模块；所述高度调节装置使得红外测沙传感器与水面保持距离；所述数据采集与控制模块用以数据处理和通信；所述红外测沙传感器上设有方位检测传感器；所述方位检测传感器与数据采集与控制模块连接；所述方位检测传感器用集成在一起的加速度计、陀螺仪和磁感应计三个传感器通过与静止时重力和地磁场的比较得出当前时刻追踪器的姿态，再结合姿态和加速度进行积分得出空间位置；所述红外测沙传感器设有镜头保护装置；所述镜头保护装置包括驱动装置、由驱动装置驱动的活动盖，所述活动盖的内侧设有清洁镜头的刷子。

发明人意外发现泥沙含量与水深的关系曲线，以及红外测沙传感器在不同水深不同泥沙浓度不同水流朝向下的测量精准度影响，为此本发明的自动测沙装置开创性的采用浮动测量方案，通过高度调节装置确保了在不同时间段或不同水位时红外测沙传感器能够在与水面保持相同距离进行测量，有效的提高了测量精度和准确性。