基于光電檢測(cè)的淤泥密度探測(cè)儀的設(shè)計(jì)

　　1 淤泥密度探測(cè)儀基本原理及構(gòu)成

　　淤泥密度探測(cè)儀采用光電法探測(cè)淤泥密度，原理是當(dāng)光路長(zhǎng)度一定，介質(zhì)對(duì)光的吸收量和它的密度成比例。據(jù)此，由光源發(fā)送一束光，經(jīng)不同密度的淤泥吸收后，光電傳感器接收到的光強(qiáng)度不一樣，產(chǎn)生的電信號(hào)大小也就不一樣，這樣能夠?qū)⒂倌嗝芏绒D(zhuǎn)變成電信號(hào)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到淤泥密度與電信號(hào)的關(guān)系，可以測(cè)量淤泥密度從而區(qū)分不同泥層。

　　淤泥密度探測(cè)儀主要由光電傳感器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸系統(tǒng)構(gòu)成。如圖1所示，光電傳感器探測(cè)淤泥的密度，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸系統(tǒng)將光電傳感器采集到的電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后，通過RS485總線串行傳輸至計(jì)算機(jī)。

　　1.1 光電傳感器

　　光電傳感器主要由光源和硅光電池構(gòu)成。硅光電池是一種能將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件，對(duì)有效入射光的吸收率達(dá)到90%以上。光電池的光譜特性曲線如圖2所示，它的光譜響應(yīng)范圍為400～1100mm。

　　由圖2可知，硅光電池對(duì)波長(zhǎng)為850nm左右的光最為敏感，因此選擇波長(zhǎng)為850nm的紅外LED作為光源。光電傳感器如圖3所示：

　　紅外LED發(fā)射出紅外光，經(jīng)不同密度的淤泥吸收后，硅光電池接收到的光強(qiáng)度不同，從而產(chǎn)生不同大小的電信號(hào)，經(jīng)三極管放大后傳輸至單片機(jī)，進(jìn)行信號(hào)處理。

2 光電傳感器的標(biāo)定

　　2.1 淤泥分層

　　由淤泥分層理論可知，不同淤泥層面的劃分標(biāo)準(zhǔn)因不同地區(qū)泥質(zhì)而異，按照一般的情況，可以大致按密度變化范圍劃分出4個(gè)層面，如表1所示。

　　2.2 標(biāo)定

　　在實(shí)驗(yàn)室中配置出表1中四個(gè)密度范圍的淤泥樣本，將光電傳感器放入事先配置好的泥樣中，讓泥樣均勻分布在紅外LED和硅光電池中間，測(cè)量不同密度泥樣下產(chǎn)生的電信號(hào)大小，進(jìn)行三次試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

　　由表1、表2可以得出光電傳感器產(chǎn)生電信號(hào)與所在泥層的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表3所示。

　　根據(jù)光電傳感器檢測(cè)到的電信號(hào)大小，可以得出光電傳感器所在泥層的密度從而分層。

　　3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸

　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸電路原理圖如圖4所示。

　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換核心器件是stc12c5410ad型單片機(jī)，程序通過在線可編程系統(tǒng)直接燒寫到單片機(jī)，無需專用編程器，方便對(duì)程序的修改。光電傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)放大后送給單片機(jī)上，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后以數(shù)字量輸出。信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換程序如下：

　　3.2 數(shù)據(jù)傳輸

　　水下測(cè)量深度按10m考慮，而RS485電平抗干擾性好，有效傳輸距離長(zhǎng)，故選擇將數(shù)字信號(hào)經(jīng)RS485總線串行傳輸至計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理后顯示泥層以及該泥層的密度，從而起到指導(dǎo)工作人員清淤的作用。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　采用淤泥密度探測(cè)儀探測(cè)水下淤泥分布情況，指導(dǎo)清淤人員工作。這種方法與其他淤泥探測(cè)方法相比，具有速度快，精度高，費(fèi)用省，對(duì)水下淤泥擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以將測(cè)量的數(shù)據(jù)保存起來，便于以后分析。