基于光電法的淤泥密度探測(cè)儀的設(shè)計(jì)

摘要：本探測(cè)儀的原理是介質(zhì)中的光吸收量和它的密度成比例。光源發(fā)出的光在介質(zhì)中傳播后被光電傳感器接收，光電傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，信號(hào)放大后輸出，單片機(jī)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)經(jīng)RS485接口傳送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)處理后顯示出水下淤泥密度的分布情況，起到指導(dǎo)清淤人員工作的作用。
關(guān)鍵詞：探測(cè)儀；淤泥密度；光電傳感器

0 引言
隨著河道清淤準(zhǔn)確度的提高，在清淤工作中要求檢測(cè)水下淤泥的密度，本設(shè)計(jì)采用光電傳感器檢測(cè)水下淤泥密度并將結(jié)果顯示在計(jì)算機(jī)上，可以指導(dǎo)清淤人員準(zhǔn)確高效地清理河道，目前國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的測(cè)量淤泥方法有以下幾種：鉆孔取樣法，使用鉆機(jī)單點(diǎn)采集柱狀淤泥樣本，但鉆孔取樣對(duì)淤泥的擾動(dòng)不能避免，浮泥和流泥樣本無法采集，無法測(cè)量其密度，且其工作量大，價(jià)格昂貴，效率低；靜力觸探法，用專用測(cè)桿進(jìn)行，通過單點(diǎn)測(cè)定淤泥層對(duì)測(cè)桿的比貫入阻力來計(jì)算淤泥的承載力，從而確定淤泥厚度，但無法測(cè)定淤泥的密度，也無法查明浮泥和流泥的分布；放射線探測(cè)法，是根據(jù)放射線的放射衰減比率來測(cè)定淤泥的密度，測(cè)定精度較高，但工作效率低，對(duì)人員和被測(cè)區(qū)域環(huán)境有潛在的放射性危害，不適合在工程測(cè)量中使用；多普勒雙頻超聲波測(cè)量法，原理是以高頻測(cè)量泥水界面，再通過低頻測(cè)量淤泥底層距水面距離，從而得到淤泥厚度；這種方法較之其他方法高效快速，但淤泥的密度無法測(cè)定。
本探測(cè)儀采用光電法檢測(cè)水下淤泥分布及密度情況，具有體積小、功耗低、安全性強(qiáng)、準(zhǔn)確度較高等特點(diǎn)。能夠分辨出不同密度的淤泥，對(duì)淤泥的擾動(dòng)也小。

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：