[发明专利]一种光敏测钎、系统及测钎日光角度在线修正方法

说明书

本发明公开了一种光敏测钎、系统及测钎日光角度在线修正方法，所述方法，通过在测钎集成一套日光角度扫描测量装置，确定日光入射角度，并将此角度信息发给区域内其它光敏测钎，一套水土保持在线监测系统所包含的所有光敏测钎，根据所测得的太阳光角度，修正光窗折射所带来的测量误差，从而在太阳不同入射角度下，均获得准确的土壤流失信息。

技术领域

本发明属于水土保持在线检测技术领域，具体涉及水土流失情况的在线监测。

背景技术

传统的水土流失监测大多依赖人工，其中最主要的方法为测钎法，该方法是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，通过记录土层高度的变化，测量计算土壤侵蚀量。以上方法耗时长，成本高，人力资源浪费，监测周期长、时效性差，不能适应水土保持监测对信息化、自动化、智能化的需求。无法形成对水土保持情况的有效监管。为解决这一问题，出现了基于光敏监测的自动化智能测钎。

光敏测钎的原理为，在测钎杆的一侧，贴装光敏线性阵列，该阵列可由光敏二极管密贴而成，也可为线阵电荷耦合器件(CCD)。将此阵列随测钎垂直插入土壤，阵列部分光敏基元处于土壤之上，部分基元处于土壤平面之下，通过测量感光位置，获得土壤平面位置，通过记录土壤平面位置的变化，结合水土流失模型，可以获得当地监测周期内的水土流失量。

但各类型光敏传感器无法在潮湿环境下长时间工作，为使光敏测钎可以在野外长期工作，一般会在光敏阵列外加玻璃光窗，光窗内部灌封对可见光透明的保护硅凝胶。此种硅凝胶的折射率一般为1.40～1.45，与玻璃光窗接近。当日光以不同角度入射时，折射角亦不同，入射到探测器的位置亦发生改变。一天从早到晚，日光相对大地，从斜入射转换为正入射，再转换为斜入射，对于一年中的不同日期，同一时刻的日光入射角也不同，这就给基于光敏原理的测钎传感器带来了较大的误差，如图1所示。当入射角为θ时，光敏探测距离出现了δL的偏移。通过仿真分析，不同入射角下，偏移量变化情况如图2所示。

发明内容

本发明提供了一种光敏测钎、系统及测钎日光角度在线修正方法，对测钎数据在线修正，使测量数据更加准确。

为达到上述目的，本发明所述一种光敏测钎，包括测钎杆，所述测钎杆侧壁开设有凹槽，凹槽管壁安装有可见光透明光窗，凹槽内设置有沿测钎纵向排列的多个光敏基元，多个光敏基元与光窗之间设置有透明凝胶；所述测钎杆上安装有信号处理模块和日光角度扫描装置，所述日光角度扫描装置用于测量不同时刻的日光入射角；所述信号处理模块用于根据光敏基元输出的信号和日光入射角度计算修正后的土壤位置真值。

进一步的，日光角度扫描装置包括旋转电机、光电探测器、数据处理模块和信号传输模块，所述旋转电机的动力输出轴上安装有安装盒，所述光电探测器安装在安装盒内，所述光电探测器光敏面的正上方的安装盒顶面处开设有狭缝；数据处理模块用于接收光电探测器的信号以及旋转电机的转动角度，根据光电探测器的信号以及旋转电机的转动角度计算日光入射角，所述信号传输模块用于将日光入射角传递至信号处理模块。

进一步的，狭缝宽度小于2mm。

进一步的，日光角度扫描装置设置在测钎杆顶端。

一种光敏测钎系统，包括N根光敏测钎，所述多根光敏测钎中至少有一个安装有用于测量不同时刻的日光入射角的日光角度扫描装置。

进一步的，N＝9，所述光敏测钎成3*3阵列排布。

进一步的，安装有日光角度扫描装置的测钎与其他测钎通过LoRA等无线组网技术通讯。

一种光敏测钎的日光角度在线修正方法，包括以下步骤：

S1、旋转电机依照设定的时间，带动光电探测器在竖直方向的平面内旋转，当光电探测器旋转到日光可正入射光敏面时，探测器旋转的角度为日光入射角；

S2、将所测得的日光入射角传递给同一区域的其它光敏测钎；