基于光電檢測的淤泥密度探測儀的設計

本探測儀采用光電法檢測水下淤泥分布及密度情況，具有體積小、功耗低、安全性強、準確度較高等特點。能夠分辨出不同密度的淤泥，對淤泥的擾動也小。

　　1 淤泥密度探測儀基本原理及構(gòu)成

　　淤泥密度探測儀采用光電法探測淤泥密度，原理是當光路長度一定，介質(zhì)對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度不一樣，產(chǎn)生的電信號大小也就不一樣，這樣能夠?qū)⒂倌嗝芏绒D(zhuǎn)變成電信號。根據(jù)實驗得到淤泥密度與電信號的關(guān)系，可以測量淤泥密度從而區(qū)分不同泥層。

　　淤泥密度探測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進行轉(zhuǎn)換，然后，通過RS485總線串行傳輸至計算機。

　　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)換成電能的半導體器件，對有效入射光的吸收率達到90%以上。光電池的光譜特性曲線如圖2所示，它的光譜響應范圍為400～1100mm。

　　由圖2可知，硅光電池對波長為850nm左右的光最為敏感，因此選擇波長為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度不同，從而產(chǎn)生不同大小的電信號，經(jīng)三極管放大后傳輸至單片機，進行信號處理。

2 光電傳感器的標定

　　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準因不同地區(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個層面，如表1所示。

　　2.2 標定

　　在實驗室中配置出表1中四個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，測量不同密度泥樣下產(chǎn)生的電信號大小，進行三次試驗，實驗結(jié)果如表2所示。

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

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