基于光电检测的淤泥密度探测仪的设计

2011-11-09 09:28:30来源: 互联网
探测仪采用光电法检测水下淤泥分布及密度情况,具有体积小、功耗低、安全性强、准确度较高等特点。能够分辨出不同密度的淤泥,对淤泥的扰动也小。

  1 淤泥密度探测仪基本原理及构成

  淤泥密度探测仪采用光电法探测淤泥密度,原理是当光路长度一定,介质对光的吸收量和它的密度成比例。据此,由光源发送一束光,经不同密度的淤泥吸收后,光电传感器接收到的光强度不一样,产生的电信号大小也就不一样,这样能够将淤泥密度转变成电信号。根据实验得到淤泥密度与电信号的关系,可以测量淤泥密度从而区分不同泥层。

  淤泥密度探测仪主要由光电传感器和数据转换与传输系统构成。如图1所示,光电传感器探测淤泥的密度,数据转换与传输系统将光电传感器采集到的电信号进行转换,然后,通过RS485总线串行传输至计算机。

  

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  1.1 光电传感器

  光电传感器主要由光源和硅光电池构成。硅光电池是一种能将光能直接转换成电能的半导体器件,对有效入射光的吸收率达到90%以上。光电池的光谱特性曲线如图2所示,它的光谱响应范围为400~1100mm。

  

a.JPG

 

  由图2可知,硅光电池对波长为850nm左右的光最为敏感,因此选择波长为850nm的红外LED作为光源。光电传感器如图3所示:

  

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  红外LED发射出红外光,经不同密度的淤泥吸收后,硅光电池接收到的光强度不同,从而产生不同大小的电信号,经三极管放大后传输至单片机,进行信号处理。

  2.1 淤泥分层

  由淤泥分层理论可知,不同淤泥层面的划分标准因不同地区泥质而异,按照一般的情况,可以大致按密度变化范围划分出4个层面,如表1所示。

  

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  2.2 标定

  在实验室中配置出表1中四个密度范围的淤泥样本,将光电传感器放入事先配置好的泥样中,让泥样均匀分布在红外LED和硅光电池中间,测量不同密度泥样下产生的电信号大小,进行三次试验,实验结果如表2所示。

  

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  由表1、表2可以得出光电传感器产生电信号与所在泥层的对应关系,如表3所示。

  

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  根据光电传感器检测到的电信号大小,可以得出光电传感器所在泥层的密度从而分层。

  3 数据转换与传输

  数据转换与传输电路原理图如图4所示。

  

f.JPG

  数据转换核心器件是stc12c5410ad型单片机,程序通过在线可编程系统直接烧写到单片机,无需专用编程器,方便对程序的修改。光电传感器产生的电信号经放大后送给单片机上,经AD转换后以数字量输出。信号采集与转换程序如下:

  

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  3.2 数据传输

  水下测量深度按10m考虑,而RS485电平抗干扰性好,有效传输距离长,故选择将数字信号经RS485总线串行传输至计算机,经计算机进一步处理后显示泥层以及该泥层的密度,从而起到指导工作人员清淤的作用。

  4 结束语

  采用淤泥密度探测仪探测水下淤泥分布情况,指导清淤人员工作。这种方法与其他淤泥探测方法相比,具有速度快,精度高,费用省,对水下淤泥扰动小等优点,同时还可以将测量的数据保存起来,便于以后分析。

关键字:光电检测  淤泥密度  探测仪

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/1109/article_13052.html
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