专利名称：一种光学泥沙溶液含沙量测量装置及其测量方法
技术领域：
本发明涉及一种水体中悬移质泥沙浓度测量的装置及其方法，适用于泥沙颗粒粒径小于0. 02mm的粉砂含沙量测量。
背景技术：
含沙量测量是水文测量要素，也是水利工程模型实验中不可或缺的测量要素，对分析河流演变和解决泥沙问题至关重要。目前常用测量的方法有烘干称重法、比重瓶称重法、光电测沙仪、同位素测沙仪、超声波测沙仪和激光测沙法。河流悬移质泥沙颗粒粒径多小于0. Olmm,部分河流悬移质粒径更小至0. 004mm,对于该部分悬移质泥沙浓度测量,上述方法要么自动化程度低、操作复杂，要么系统复杂、价格昂贵；影响了粉砂浓度的精确测量。

发明内容
发明目的为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于泥沙粒径小于0. 02mm的粉砂含沙量测量的光学泥沙溶液含沙量测量装置及其测量方法。技术方案为实现上述目的，本发明的一种光学泥沙溶液含沙量测量装置及其测量方法，基于光的折射定律，光的折射率与密度相关，密度与含沙量溶液浓度相关，不同含沙量溶液浓度不同，并存在一定对应关系，因此，光的折射率与泥沙溶液含沙量相对应，通过标定建立泥沙溶液浓度与折射率的关系，从而根据标定关系实现利用折射率反算泥沙溶液含沙量浓度。光从空气传输至另外一种介质时，将发生折射现象，折射率等于入射角正弦与折射角正弦之比，通过获取入射角和折射角，可计算出折射率。折射率与介质密度、温度等参数相关，保证温度等环境参数不变，经标定实验获取折射率与粉砂溶液浓度的转换关系，粉砂浓度测量时，激光以固定入射角入射静止融合液，通过测量折射角，利用标定建立的转换关系即可计算出溶液泥沙浓度。本发明的一种光学泥沙溶液含沙量测量装置，包括测量缸、调节基座、黑白线阵CCD模块和半导体激光器，黑白线阵CCD模块位于测量缸底部，黑白线阵CCD模块与激光中心线位于同一平面，黑白线阵CXD模块通过A/D转换卡与计算机连接。基于上述光学泥沙溶液含沙量测量装置的测量方法，包括以下步骤第一，调制若干组均匀的不同浓度的泥沙溶液，供标定实验使用，泥沙溶液浓度《的范围为0 < CO彡5kg/m3,泥沙溶液浓度CO分别为％、《2、《3、W4......;第二，进行标定实验，将浓度为w工的泥沙溶液装入测量缸中，泥沙溶液高度为tvh0取值为I 40cm ；第三，半导体激光器发射出激光，控制调节基座使激光以固定角度a照射测量缸中的泥沙溶液，0< a <90°，激光从空气中进入泥沙溶液，产生折射，投射在黑白线阵CXD模块上，黑白线阵CCD模块获取激光光斑中心坐标X，计算得到激光在泥沙溶液中的折射率n，具体方法如下 激光从空气中进入泥沙溶液经历折射，根据以下关系式求出泥沙溶液折射率n
权利要求
1.ー种光学泥沙溶液含沙量测量装置，其特征在于包括测量缸(I)、调节基座(2)、黑白线阵C⑶模块(3)和半导体激光器(4)，黒白线阵C⑶模块(3)位于测量缸(I)底部，黒白线阵CXD模块(3)与激光中心线位于同一平面，黒白线阵CXD模块(3)通过A/D转换卡(5)与计算机(6)连接。
2.基于权利要求I所述的光学泥沙溶液含沙量测量装置的測量方法，其特征在于包括以下步骤 第一，调制若干组均匀的不同浓度的泥沙溶液，供标定实验使用，泥沙溶液浓度《的范围为0 < to彡5kg/m3,泥沙溶液浓度to分别为w2> o3、o4......; 第二，进行标定实验，将浓度为Q1的泥沙溶液装入测量缸(I)中，泥沙溶液高度为tvh0取值为I 40cm ； 第三，半导体激光器(4)发射出激光，控制调节基座(2)使激光以固定角度a照射測量缸(I)中的泥沙溶液，0 < a <90°，激光从空气中进入泥沙溶液，产生折射，投射在黒白线阵CXD模块(3)上，黒白线阵CXD模块(3)获取激光光斑中心坐标X，计算得到激光在泥沙溶液中的折射率n，具体方法如下 激光从空气中进入泥沙溶液经历折射，根据以下关系式求出泥沙溶液折射率n Lin^ = (X-X0)ZyI(X-X0)2+H20 I n - sin a / sin p 其中，X是黑白线阵CCD获取的激光光斑中心投影坐标，X。为激光与泥沙溶液表面焦点横坐标，a为入射角，P为折射角； 第四，改变泥沙溶液的浓度《进行标定实验，重复上述第二、第三步骤获取相应的折射率，建立折射率n与对应浓度《的相关关系 改变泥沙溶液浓度《，入射角a不变，获取……对应的折射率I^n2.n3、n4……，经曲线拟合，得到浓度《与折射率n间的相互关系Co = an3+bn2+cn+d 测量时，获取折射率n即可计算出含沙量浓度
3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于标定实验次数至少为4组。
全文摘要
本发明公开了一种光学泥沙溶液含沙量测量装置及其测量方法，测量装置包括测量缸、调节基座、黑白线阵CCD模块和半导体激光器，黑白线阵CCD模块位于测量缸底部，黑白线阵CCD模块通过A/D转换卡与计算机连接；测量方法是基于光的折射定律，光的折射率与密度相关，密度与含沙量溶液浓度相关，不同含沙量溶液浓度不同，并存在一定对应关系，因此，光的折射率与泥沙溶液含沙量对应，通过标定建立泥沙溶液浓度与折射率的关系，从而根据标定关系实现利用折射率反算泥沙溶液含沙量浓度。本发明的测量装置易于搭建，测量精度及自动化程度高；本发明的测量方法，原理简单，易于操作，便于制作适于不同场地使用的含沙量测量仪器，适用性广泛。
文档编号G01N15/06GK102645394SQ20121015180
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月16日 优先权日2012年5月16日
发明者刘芹, 唐洪武, 唐立模, 张汇明, 徐艺绯, 王浩, 陈红 申请人:河海大学