[发明专利]一种基于光敏成像传感器的测钎装置及测钎方法

权利要求书

1.一种基于光敏成像传感器的测钎装置，其特征在于，包括测钎杆(1)，所述测钎杆(1)具有透光区(2)，所述透光区(2)上设置有遮光物(8)，所述透光区(2)中安装有光敏成像传感器(3)，所述光敏成像传感器(3)的输出端和光电检测电路连接，所述光电检测电路用于采集光敏成像传感器(3)采集到的光信号，并将光信号转化为电信号，根据电信号计算出土壤表面距离标遮光物(8)的下界面的真实距离。

2.根据权利要求1所述的一种基于光敏成像传感器的测钎装置，其特征在于，所述光敏成像传感器(3)封装在气密室(9)中。

3.根据权利要求2所述的一种基于光敏成像传感器的测钎装置，其特征在于，所述光敏成像传感器(3)的输出端和光电检测电路通过信号线(7)连接，所述气密室(9)上开设有用于穿过信号线(7)的气密穿孔(5)。

4.根据权利要求1所述的一种基于光敏成像传感器的测钎装置，其特征在于，所述遮光物(8)为刻在测钎杆(1)的杆壁上的不透光的条状图案，所述条状图案和光敏成像传感器正对。

5.根据权利要求1所述的一种基于光敏成像传感器的测钎装置，其特征在于，所述光敏成像传感器(3)为线性CCD阵列、面阵CCD、基于光敏电阻阵列或者光伏单元阵列。

6.根据权利要求1所述的一种基于光敏成像传感器的测钎装置，其特征在于，所述测钎杆(1)为中空结构。

7.根据权利要求1所述的一种基于光敏成像传感器的测钎装置，其特征在于，所述光电检测电路包括：

光敏成像传感器驱动电路，用于为光敏成像传感器供电，并将光敏成像传感器检测到的光信号转化为电信号；

嵌入式信号解算电路，接收光敏成像传感器驱动电路发送的电信号，并根据接收到的电信号，计算土壤表面距离遮光物(8)的下界面的真实距离；

线性稳压器构成的供电电路，用于为整个测钎供电；

蓝牙芯片构成的无线传输电路，用于将测钎检测到的数据发送至数据收集器或服务器。

8.基于权利要求1所述的测钎装置的测钎方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将测钎杆(1)插入土壤(20)中，使得其中一部分光敏成像传感器(3)在土壤(20)之下，剩余部分在土壤(20)之上；

步骤2、通过照射到光敏成像传感器(3)的光的强弱空间分布判断是否存在阻挡光线的障碍物，通过已知位置的遮光物(8)的投影位置，遮光物(8)为刻在光敏成像传感器正对测钎杆杆壁上的能够标定的不透光的条状图案，校准环境入射光线的角度θ；

步骤3、基于步骤2得到的环境入射光线的角度θ，并通过土壤(20)表面在传感器上的阴影的投影像素位置w₁，传感器表面到测钎杆表面的垂直距离d，计算土壤(20)表面对应真实像素位置w₀，表达式为：

w₀＝d·tan(θ)/Λ+w₁

步骤4、根据步骤3得到的土壤(20)表面对应真实像素位置w₀计算土壤表面距离标定物体的下界面的真实距离Δ，计算公式为：Δ＝(c₂-w₀)Λ，其中，Λ为像素的几何尺寸，c₂为遮光物(8)在光线照射下在光敏成像传感器(3)上形成的阴影下端位置对应的像素位置；根据不同检测时刻得到的土壤表面距离遮光物(8)的下界面的真实距离Δ，计算土壤厚度的变化量。