具有側向補償的激光無線測沙儀的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種含沙量測量方法及測量儀器，特別適用于河工模型試驗和現場的 測量儀器。
【背景技術】
[0002] 在大型河工模型試驗中，測量水中的沙含量是必不可少的一個實驗，目前國內市 場上現有的很多測沙儀器都是通過測量光束的透射光強來判斷水中的沙含量。因為在測水 中沙含量的實驗過程中，當一束光經過水樣品后，只有一部分光是能投射到180度的光纖 上的，其余損失的部分有一部分是被水中的沙等吸收了，還有一部分則是被沙散射了，所以 通過原先的技術測出來的含沙量結果精度不會很高，無法滿足實驗的要求。現有的測沙儀 器主要有以下幾點原因無法滿足在大型河工模型試驗中的測試要求： (1)在沙的含量較低的水中，由于透射光強度相比較于入射光強度的變化太小，所以就 無法測出比較精確的結果。
[0003] (2)在沙的含量較高的水中，由于沙本身對光線會有一定的吸收，所以測出的沙含 量結果不準確。
[0004] (3)光束直接透過沙打到透射檢測器上，由于光束在檢測器上產生的溫度及電子 元器件的漂移，造成信號的微小變化，會影響檢測器的測量精度，因此這也會影響到水中沙 含量的測量結果。
[0005] (4)少量的泥沙微粒黏附在光透射或散射壁面上，造成有效的透射光和散射光強 度減小，影響水中含沙量檢測的結果。
[0006] 因為目前國內市場上的測沙儀器采用的直接測量透射光強的方法無法完全滿足 大型河工模型的試驗，所以本發明提出在此方法的基礎上增加90度方向散射光強的測量 方法，將90度方向上的散射光強與透射光強比較計算出測量出水中的沙含量，大大的提高 了測出結果的測量范圍和測量準確度。又因為光強檢測器會因為光束發熱導致檢測器的靈 敏度降低而影響到測量結果，所以本發明提出采用光纖代替檢測器測量90度散射與透射 光強，以提高光強的測量精度，最終提高實驗結果的測量精度。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種測量精度高的具有側向補償的激 光無線測沙儀。
[0008] 實現本發明目的的技術方案是：具有側向補償的激光無線測沙儀，包括光源和光 纖傳感器，所述光纖傳感器由光導纖維和光傳感元件組成，所述光導纖維包括第一光導纖 維和第二光導纖維，所述第一光導纖維的延伸方向與照射光線方向一致，所述第二光導纖 維的延伸方向與照射光線方向成90度角。
[0009] 作為本發明的進一步改進，所述光傳感元件為光電二極管，包括第一、第二和第三 光電二極管，第一光電二極管用于接收第一光導纖維的信號，第二光電二極管用于接收第 一光導纖維的信號，第三光電二極管用于接收來自光源的分光信號。
[0010] 作為本發明的進一步改進，所述光源包括LED燈和設置在LED燈前方的透鏡，LED 燈光線經透鏡折射為平行光線。采用LED燈冷光源，發光效率高，穩定性好，長時間照射，溫 升小，溫度特性好。
[0011] 作為本發明的進一步改進，所述具有側向補償的激光無線測沙儀還包括數據采集 與處理單元和計算機控制及數據分析裝置；所述數據采集與處理單元用于采集所述光傳感 元件輸出的模擬信號，將模擬信號進行數模轉換和調制放大，并通過無線網絡模塊傳輸至 所述計算機控制及數據分析裝置；所述計算機控制及數據分析裝置，用于通過無線網絡控 制數據采集電路進行數據采集，并對采集的數據進行計算，根據計算結果顯示含沙量。
[0012] 作為本發明的進一步改進，所述LED燈還和受控于所述計算機控制及數據分析裝 置的功率控制電路連接，形成可調LED燈。
[0013] 作為本發明的進一步改進，所述計算機控制及數據分析裝置執行下列步驟：（1) 控制LED光源處于打開狀態，分別采集光源參考光強數據、透射光光強數據、90度方向光強 數據；（2)控制LED光源處于關閉狀態，分別采集上述三路光強數據；（3)分別計算二者的 差值光強，這樣就有效消除了背景光和光電探測器本身的暗電流對測試的影響；（4)對三 路差值數據，利用參考光強作分母做除法運算，計算相對值，這樣就消除參考光光強波動對 測試的影響；（5)將90度光強做參考，選取一定的加權因子，將透射光強和90度光強的加 權和與之作除法運算，結果作為最終測量值。該步驟是提高測量線性范圍的技術措施。
[0014] 本發明提出的增加90度方向散射光強的光纖，測沙儀器中的LED光源通過透鏡 后形成平行光束，平行光束在傳輸過程中經過被測物（即水中沙石）的吸收、反射和散射后， 有一部分透射光線能照射到180°方向的光纖上，有一部分散射光照射到90°方向的光纖 上。在90°和180°方向的光纖上接收到的光束強度與被測水中的沙含量有一定的關系， 因此通過測量透射光和散射光的光強就可以計算出水中的沙含量。
[0015] 經大型河工模型的試驗，對兩大組實驗中的各小組測量的數據比較分析，可發現 單一的測量透射光強的檢測器測沙儀器的測量結果會受到沙的尺寸和光束溫度的影響，但 按照本發明的設計，增加了 90度方向散射光強的測量的具有側向補償的激光無線測沙儀 器，不管是沙的尺寸大小的變化，還是工作時間的長短變化，都能得到很精確的結果，相比 較于單一的透射光強的檢測器測沙儀器更適合在大型河工模型這樣的環境下長期工作。所 以提出增加測量90度散射光強且將檢測器換成光纖的方法是可取的，有很大的實用價值， 也是對測沙儀器性能的一個很大的提升。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明實施例1的結構框圖； 圖2為本發明實施例1的測沙傳感器結構框圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖和實施例