[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

说明书

本发明公开了一种基于光敏成像传感器的测钎装置及测钎方法，通过测量土壤层在测钎上相对位置的变化，实现土壤流失量的测量。测钎中集成光敏成像传感器，暴露在环境光中的光敏成像传感器上像素点被太阳光或者环境光直接照射产生光电响应，而土壤层下的像素点由于受到土层遮挡，接收不到直射的太阳光或者环境光、仅仅接受少量散射光，从而仅有较弱的光电响应，通过光敏成像传感器上的光强的强弱分布推测土壤层与大气的界面，实现对土壤高度变化的长期监测。

技术领域

本发明属于水土保持在线检测技术领域，具体涉及一种基于光敏成像传感器的测钎装置及测钎方法，应用于监测水土流失的测钎法中对测钎原始数据的采集。

背景技术

水土流失是一个全球性的生态问题，解决水土流失问题的关键一步是对水土流失过程进行监测。传统依靠人力的人工监测手段不能适应水土保持新形势的发展趋势，全面推进信息化技术手段在水土保持监管工作中的应用已经成为当前的重要工作，及时精准发现以及长期在线监测水土流失成为当今水土保持领域的发展前沿。测钎法是指在坡面内尽可能减小地表扰动的情况下，向地表有规律插入若干刻有刻度的细钎，并在细钎中做好标记，记录坡面原始土层高度，后期通过记录土层高度的变化，观测计算坡面土壤侵蚀量。但记录土层高度变化需要人为观测，手工记录，操作不便。因此，需求一种不依赖人为观测、简单快捷的测钎读数装置对于水土流失的测量具有重大意义。

发明内容

本发明提供了一种基于光敏成像传感器的测钎装置及测钎方法，能够简便高效的读取测钎数据。

为达到上述目的，本发明所述一种基于光敏成像传感器的测钎装置，包括测钎杆，所述测钎杆具有透光区，所述透光区上设置有遮光物，所述透光区中安装有光敏成像传感器，所述光敏成像传感器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遮光物的下界面的真实距离。

进一步的，光敏成像传感器封装在气密室中。

进一步的，光敏成像传感器的输出端和光电检测电路通过信号线连接，所述气密室上开设有用于穿过信号线的气密穿孔。

进一步的，遮光物为刻在测钎杆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。

进一步的，光敏成像传感器为线性CCD阵列、面阵CCD、基于光敏电阻阵列或者光伏单元阵列。

进一步的，测钎杆为中空结构。

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。

基于上述的测钎装置的测钎方法，包括以下步骤：

步骤1、将测钎杆插入土壤中，使得其中一部分光敏成像传感器在土壤之下，剩余部分在土壤之上；

步骤2、通过照射到光敏成像传感器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的投影位置，遮光物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，计算土壤表面对应真实像素位置w₀，表达式为：