專利名稱：一種紅外測沙儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于河工、港工、海洋工程的測量含沙量的裝置。
背景技術(shù)：
含沙量的測量在河工、港工、海洋工程中是一個重要的水文參數(shù)，在物理模型試驗中更顯示它的重要性。傳統(tǒng)的測量方法是取樣烘干、稱重。這種方法測量的精度取決于取樣的樣品，一般說來在樣品決定后，測量精度很高。此方法也是目前評價其他物理測量儀器精度的依據(jù)。但上述方法耗費人力物力，而且需要花費很長時間，特別是在研究含沙水流瞬時濃度、垂直分布等動態(tài)參數(shù)時，就顯得力不從心了。為了克服上述局面，國內(nèi)外科技工作者進(jìn)行了大量工作，目前取得了一些可喜的成果，例如利用光電、激光、電磁、超聲、同位素等多種物理測量方法進(jìn)行測量。雖然這些方法都有各自的特點，但其中有的測量精度會受到水質(zhì)顏色的影響，有的只適用于測量含沙量較低的水質(zhì)。例如光電法，該方法對于有顏色的水基本上不起作用，從而使測量值誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種不會受到水質(zhì)的影響并且測量精度更高的紅外測沙儀。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種紅外測試儀包括紅外發(fā)射單元、紅外接收單元、預(yù)放處理單元、信號疊加單元、調(diào)解放大單元、A/D轉(zhuǎn)換單元和供電單元，其中，所述紅外發(fā)射單元用于向含沙水體發(fā)射紅外線；所述紅外接收單元用于收集經(jīng)含沙水體散射后的紅外信號；所述預(yù)放處理單元用于將所述紅外接收單元收集的紅外信號進(jìn)行初步放大處理；所述信號疊加單元用于處理所述預(yù)放處理單元發(fā)大后的信號，使輸出電壓信號與含沙濃度滿足為二或三次函數(shù)關(guān)系，在低含沙量測量時可近似為一次函數(shù)關(guān)系；所述解調(diào)放大單元用于將所述信號疊加單元處理后的信號二次放大；所述A/D轉(zhuǎn)換單元用于將所述解調(diào)放大單元放大后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸給計算機(jī)進(jìn)行處理；所述供電單元用于向上述各個單元供電。
進(jìn)一步地，還包括頻率調(diào)制及功放單元，該頻率調(diào)制及功放單元用于根據(jù)沙的不同粒徑調(diào)整紅外頻率，使紅外發(fā)射信號頻率達(dá)到最佳。
進(jìn)一步地，還包括光學(xué)處理單元，該光學(xué)處理單元用于對所述紅外發(fā)射單元和紅外接收單元發(fā)射和接收的紅外光進(jìn)行過濾處理。
本發(fā)明利用紅外光在清水中的反射率很小，而在懸沙水體中隨濃度的增加反射率也增加的相關(guān)性，能夠更準(zhǔn)確地測量各種水體的含沙量，并且不受水質(zhì)的影響。本發(fā)明可測量2Kg/m3以下的低含沙量的水體，如長江口，分辨率可達(dá)0.05Kg，精度在2％左右；也可以測量含沙量在2～50Kg/m3的水體，精度在5％左右。


圖1為本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)示意框圖。
圖2為安裝有光學(xué)處理單元的紅外發(fā)射、接收單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明探測原理圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括頻率調(diào)制及功放單元1、紅外發(fā)射單元2、紅外接收單元3、光學(xué)處理單元4、預(yù)放處理單元5、信號疊加單元6、調(diào)解放大單元7、A/D轉(zhuǎn)換單元8和供電單元10，其中，頻率調(diào)制及功放單元1用于根據(jù)沙的不同粒徑調(diào)整紅外頻率，使紅外發(fā)射單元2發(fā)射的紅外信號頻率達(dá)到最佳；紅外發(fā)射單元2用于向含沙水體發(fā)射紅外線；紅外接收單元3用于收集經(jīng)含沙水體散射后的紅外信號；光學(xué)處理單元4用于對紅外發(fā)射單元2和紅外接收單元3發(fā)射和接收的紅外光進(jìn)行過濾處理，如圖2所示，光學(xué)處理單元4可以由光攔裝置11、濾光片12和光學(xué)鏡片13組成，光攔裝置11、濾光片12和光學(xué)鏡片13依次設(shè)置在紅外發(fā)射單元2和紅外接收單元3前；預(yù)放處理單元5用于將紅外接收單元4收集的紅外信號進(jìn)行初步放大處理；信號疊加單元6用于處理預(yù)放處理單元5發(fā)大后的信號，使輸出電壓信號與含沙濃度滿足為二或三次函數(shù)關(guān)系，在低含沙量測量時可近似為一次函數(shù)關(guān)系；解調(diào)放大單元7用于將信號疊加單元6處理后的信號二次放大；A/D轉(zhuǎn)換單元8用于將解調(diào)放大單元7放大后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸給計算機(jī)9進(jìn)行處理；供電單元10用于向上述各個單元供電。
如圖3所示，紅外發(fā)射單元2發(fā)射紅外光在圓錐空間A-B內(nèi)傳播，當(dāng)水中不存在泥沙顆粒(不存在具有散射、反射的媒體，即使存在其量也很小，可忽略)，則紅外接收單元3接收不到發(fā)射的調(diào)制波。當(dāng)水中含沙量慢慢增加時，通過泥沙媒質(zhì)，反射、散射光增強(qiáng)，并進(jìn)入到紅外接收單元3接收的區(qū)域內(nèi)。隨著沙量增加，紅外接收單元3接收光強(qiáng)也增加，但當(dāng)泥沙濃度不斷增加，紅外輻射A-B的圓錐體也縮短，最后僅在E圓錐體內(nèi)傳播就消耗吸收了。進(jìn)入C-D圓錐體的量就很小。
使用本發(fā)明時，首先將紅外發(fā)射單元2放置在清水容器中，通過信號疊加單元6使本發(fā)明的輸出為零伏，也就是說此時載波信號為零。然后再在含有泥沙的水體里進(jìn)行測量。當(dāng)水體泥沙顆粒增加時，光的后向散射能量也逐漸增加，紅外接收單元3把接收信號傳輸給預(yù)防處理單元5后，再通過信號疊加單元6進(jìn)行匯總疊加，輸出一個隨泥沙濃度隨機(jī)變化而調(diào)制的頻率信號。經(jīng)解調(diào)放大單元7濾波放大后，再還原成一個輸出電壓，該電壓是僅與水中含沙濃度分布有關(guān)的電壓信號。
本發(fā)明中，頻率調(diào)制及功放單元1可選用頻率調(diào)制功放電路，紅外發(fā)射單元2可選用紅外反射管，紅外接收單元3可選用紅外接收管，預(yù)放處理單元5可選用放大電路，信號疊加單元6可選用單片機(jī)，調(diào)解放大單元7可選用調(diào)制放大解調(diào)器，A/D轉(zhuǎn)換單元8可選用A/D轉(zhuǎn)換電路。
權(quán)利要求
1.一種紅外測試儀，其特征在于，包括紅外發(fā)射單元、紅外接收單元、預(yù)放處理單元、信號疊加單元、調(diào)解放大單元、A/D轉(zhuǎn)換單元和供電單元，其中，所述紅外發(fā)射單元用于向含沙水體發(fā)射紅外線；所述紅外接收單元用于收集經(jīng)含沙水體散射后的紅外信號；所述預(yù)放處理單元用于將所述紅外接收單元收集的紅外信號進(jìn)行初步放大處理；所述信號疊加單元用于處理所述預(yù)放處理單元發(fā)大后的信號，使輸出電壓信號與含沙濃度滿足為二或三次函數(shù)關(guān)系，在低含沙量測量時可近似為一次函數(shù)關(guān)系；所述解調(diào)放大單元用于將所述信號疊加單元處理后的信號二次放大；所述A/D轉(zhuǎn)換單元用于將所述解調(diào)放大單元放大后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸給計算機(jī)進(jìn)行處理；所述供電單元用于向上述各個單元供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外測試儀，其特征在于，還包括頻率調(diào)制及功放單元，該頻率調(diào)制及功放單元用于根據(jù)沙的不同粒徑調(diào)整紅外頻率，使紅外發(fā)射信號頻率達(dá)到最佳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種紅外測試儀，其特征在于，還包括光學(xué)處理單元，該光學(xué)處理單元用于對所述紅外發(fā)射單元和紅外接收單元發(fā)射和接收的紅外光進(jìn)行過濾處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紅外測試儀，包括紅外發(fā)射單元、紅外接收單元、預(yù)放處理單元、信號疊加單元、調(diào)解放大單元、A/D轉(zhuǎn)換單元和供電單元；紅外發(fā)射單元用于向含沙水體發(fā)射紅外線；紅外接收單元用于收集經(jīng)含沙水體散射后的紅外信號；預(yù)放處理單元用于將紅外接收單元收集的紅外信號進(jìn)行初步放大處理；信號疊加單元用于處理預(yù)放處理單元發(fā)大后的信號；解調(diào)放大單元用于將信號疊加單元處理后的信號二次放大；A/D轉(zhuǎn)換單元用于將解調(diào)放大單元放大后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸給計算機(jī)進(jìn)行處理。本發(fā)明利用紅外光在清水中的反射率很小，而在懸沙水體中隨濃度的增加反射率也增加的相關(guān)性，能夠更準(zhǔn)確地測量各種水體的含沙量，并且不受水質(zhì)的影響。
文檔編號G01N21/17GK1932482SQ200610113520
公開日2007年3月21日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者任志遠(yuǎn), 吳曉華, 任育民, 王健, 詹秀玲, 安鳳玲 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所, 吳曉華