一種光電式淤泥厚度測(cè)量?jī)x及其測(cè)量方法
【專利說明】
[0001]一、
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于淤泥厚度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光電式淤泥厚度測(cè)量?jī)x及其測(cè)量方法。
[0002]二、
【背景技術(shù)】
流量?jī)x在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，目前常用的明渠流量?jī)x表主要有堰式流量計(jì)、槽式流量計(jì)、流速-水位流量計(jì)、電磁流量計(jì)。
[0003]其中堰式流量計(jì)由堰和相應(yīng)的液位計(jì)組成，在明渠適當(dāng)位置裝一擋板，水流從堰口流出，當(dāng)水的流出量等于渠道原流量，水位便穩(wěn)定在某一高度，測(cè)出水位高度便可根據(jù)計(jì)算公式求取流量。槽式流量計(jì)的常用測(cè)流槽有多種形式，如文丘里槽、巴歇爾槽等，該種流量計(jì)均是利用槽形成一定的水位差，通過流量與水位之間的計(jì)算公式得到流量。流速-水位流量計(jì)由流速計(jì)和液位計(jì)組成，通過測(cè)出流通通道某局部(點(diǎn)、線或小面積)流速，代表平均流速，再測(cè)量水位求得流通面積，乘局部流速與平均流速間的系數(shù)，經(jīng)演算求取流量。電磁流量計(jì):又分為潛水式電磁流量計(jì)和非滿管電磁流量計(jì)兩類，后者目前國(guó)內(nèi)尚未開發(fā)。
[0004]以上所述的堰式、槽式、流速-水位式流量計(jì)均需配用相應(yīng)的液(水)位計(jì)。明渠流量計(jì)常用的液位計(jì)有浮子式、電容式、壓力式和超聲式。
[0005]浮子式液位計(jì)的浮子隨著水位變化而升降，通過液位計(jì)內(nèi)凸輪機(jī)構(gòu)將液位-流量的指數(shù)函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換成流量。電容式液位計(jì)是測(cè)量棒形電極外套絕緣套管，與液體為另一電極的電容量來檢測(cè)液位的。壓力式液位計(jì)通過測(cè)量水壓變化推導(dǎo)水位變化。超聲液位計(jì)是測(cè)量超聲波從超聲傳感器(換能器)以一定的速度發(fā)射經(jīng)氣-液界面或液-氣界面反射回到換能器的時(shí)間，以求取水位的氣介式液位計(jì)和液介式液位計(jì)。氣介式為非接觸液體測(cè)量，適用于有污濁物和腐蝕性液體，但液位存有泡沫等會(huì)影響液位測(cè)量值；液介式不適用于含有固相雜質(zhì)的液體。
[0006]以上流量測(cè)量?jī)x表普遍存在同一個(gè)問題，在測(cè)量流量時(shí)忽略了淤泥厚度對(duì)流量測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。當(dāng)明渠中沉積了大量的淤泥時(shí)，水位自然會(huì)被抬高，此時(shí)使用上述方法所測(cè)得的水位包含了淤泥的高度，在根據(jù)上述方法測(cè)得的液位高度來換算流量時(shí)必然導(dǎo)致流量不準(zhǔn)確。
[0007]所以應(yīng)該研制一種流量?jī)x，該儀器的液位測(cè)量部分應(yīng)該可以同時(shí)測(cè)出淤泥厚度與水位高度，再用水位減去淤泥厚度得到實(shí)際的水位高度，有效消除了淤泥厚度對(duì)明渠流量測(cè)量準(zhǔn)確的影響。本文為精確測(cè)量明渠內(nèi)的淤泥厚度，研制了一種光電式淤泥厚度測(cè)量?jī)x。
[0008]三、

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明為了解決上述【背景技術(shù)】中的不足之處，提供一種光電式淤泥厚度測(cè)量?jī)x及其測(cè)量方法。其利用光原理可準(zhǔn)確測(cè)量明渠內(nèi)的淤泥厚度，以消除淤泥厚度對(duì)明渠流量測(cè)量的誤差影響。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種光電式淤泥厚度測(cè)量?jī)x，其特征在于:包括相互平行的外殼底板和外殼頂板，所述的外殼底板和外殼頂板之間設(shè)置有與其垂直的發(fā)射板外殼和接收板外殼，所述的發(fā)射板外殼上嵌設(shè)有發(fā)射板，所述的接收板外殼上嵌設(shè)有接收板；
所述的發(fā)射板上等距分布有若干個(gè)發(fā)光二極管，所述的發(fā)光二極管嵌設(shè)于發(fā)射板內(nèi)，所述的發(fā)射板通過防水膠密封在發(fā)射板外殼上；
所述的接收板上等距分布有若干個(gè)光敏三極管，所述的光敏三極管嵌設(shè)于接收板內(nèi)，所述的接收板通過防水膠密封在接收板外殼上；
所述的發(fā)光二極管與光敏三極管的燈頭—對(duì)應(yīng)；
所述的發(fā)射板外殼和接收板外殼上分別設(shè)置有發(fā)射板通信端口和接收板通信接口，所述的發(fā)射板通信端口一端連接在發(fā)射板上，另一端連接在數(shù)據(jù)處理主板的信號(hào)輸出端口，所述的接收板通信端口一端連接在接收板上，另一端連接在數(shù)據(jù)處理主板的信號(hào)接收端口上。
[0010]所述的發(fā)射板外殼和接收板外殼的兩端通過外殼固定螺栓垂直固定于外殼底板和外殼頂板上。
[0011]所述的發(fā)射板外殼和接收板外殼相互平行設(shè)置，中間通過連接板固定。
[0012]所述的一種光電式淤泥厚度測(cè)量?jī)x的測(cè)量方法，其特征在于:所述的測(cè)量方法的步驟為:
1)將光電式淤泥厚度測(cè)量?jī)x放入明渠內(nèi)有水和淤泥的地方，固定好底板，使得測(cè)量?jī)x垂直于水面；
2)測(cè)量?jī)x循環(huán)控制發(fā)光二極管發(fā)光并采樣對(duì)應(yīng)的光敏三極管信號(hào)，將采樣的信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)；
3)測(cè)量?jī)x中的數(shù)據(jù)處理主板中的單片機(jī)MSP430F5438A對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到水位和泥位位置，并將結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和效果如下:
(I)可準(zhǔn)確區(qū)分淤泥-水的分界面、水-空氣的分界面，精確測(cè)量出明渠內(nèi)的淤泥厚度。
[0014](2)采用防水膠對(duì)電路板進(jìn)行密封，既不影響光的發(fā)射和接收，還增加了電路板強(qiáng)度，使測(cè)量?jī)x可長(zhǎng)期置于水中進(jìn)行測(cè)量。
[0015](3)在長(zhǎng)期測(cè)量水位高度時(shí)，避免了因長(zhǎng)期淤泥沉淀造成的實(shí)際水位測(cè)量不準(zhǔn)確的問題。
[0016]本發(fā)明通過測(cè)量明渠內(nèi)的淤泥厚度，利用水位高度減去淤泥厚度，可以得到精確的水位，解決了明渠淤泥沉淀厚度影響流量測(cè)量準(zhǔn)確度的技術(shù)難題，可創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0017]四、
【附圖說明】
圖1是發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是數(shù)據(jù)處理主板電路邏輯結(jié)構(gòu)框圖；
圖3是電源處理電路原理圖；
圖4是處理器及溫度采集、復(fù)位電路圖；
圖5是選址電路原理圖；
圖6是存儲(chǔ)器電路原理圖；
圖7是RS485通信電路原理圖；
圖8是發(fā)射板基本原理圖； 圖9是接收板基本原理圖；
圖10是不同介質(zhì)中采樣結(jié)果圖；
圖11是泥位曲線圖；
圖12是水位、泥位對(duì)比圖；
圖13是流量曲線圖；
圖中，1-發(fā)射板外殼，2-接收板外殼，3-發(fā)射板，4-接收板，5-發(fā)光二極管，6-光敏三極管，7-防水膠，8-外殼固定螺栓，9-外殼底板，10-連接板，11-外殼頂板，12-發(fā)射板通信端口，13-接收板通信端口，14-數(shù)據(jù)處理主板，15—信號(hào)輸出端口，16—信號(hào)接收端口。
[0018]五、
【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0019]參見圖1:一種光電式派泥厚度測(cè)量?jī)x，包括相互平行的外殼底板9和外殼頂板11，所述的外殼底板9和外殼頂板11之間設(shè)置有與其垂直的發(fā)射板外殼I和接收板外殼2，發(fā)射板外殼I上嵌設(shè)有發(fā)射板3 ;接收板外殼2上嵌設(shè)有接收板4。
[0020]所述的發(fā)射板3上等距分布有若干個(gè)發(fā)光二極管5，并且通過防水膠7密封在發(fā)射板外殼I內(nèi)，所述的發(fā)光二極管5的燈頭沒有全部被密封；
所述的接收板4上等距分布有若干個(gè)光敏三極管6，并且通過防水膠7密封在接收板外殼2內(nèi)，所述的光敏三極管6的燈頭沒有全部被密封；
所述的光敏三極管6與發(fā)光二極管5的燈頭一一對(duì)應(yīng)，所述的相鄰兩個(gè)發(fā)光二極管5的間距，與兩個(gè)相鄰光敏三極管6的間距相等。
[0021]所述的發(fā)射板外殼I和接收板外殼2上分別設(shè)置有發(fā)射板通信端口 12和接收板通信端口 13，所述的發(fā)射板通信端口 12—端連接在發(fā)射板上，另一端連接到數(shù)據(jù)處理主板14的信號(hào)輸出端口 15，所述的接收板通信端口 13—端連接在接收板上，另一端連接到數(shù)據(jù)處理主板14的信號(hào)接收端口 16。
[0022]所述的發(fā)射板外殼I和接收板外殼2的兩端通過外殼固定螺栓8垂直固定于外殼底板9和外殼頂板11上。
[0023]所述的發(fā)射板外殼I和接收板外殼2相互平行設(shè)置，中間通過連接板10固定。
[0024]一種光電式淤泥厚度測(cè)量?jī)x的測(cè)量方法的步驟為:
1)將光電式淤泥厚度測(cè)量?jī)x放入明渠內(nèi)有水和淤泥的地方，固定好底板，使得測(cè)量?jī)x垂直于水面；
2)測(cè)量?jī)x循環(huán)控制發(fā)光二極管發(fā)光并采樣對(duì)應(yīng)的光敏三極管信號(hào)，將采樣的信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)；
3)測(cè)量?jī)x數(shù)據(jù)處理主板中的單片機(jī)MSP430F5438A對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到水位和泥位位置，并將結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0025]本發(fā)明光電式淤泥厚度測(cè)量?jī)x:發(fā)射板3上分布有等距的N個(gè)發(fā)光二極管5，將發(fā)射板3鑲嵌于發(fā)射板外殼I上，采用防水膠7對(duì)線路板進(jìn)行密封，只將發(fā)光二極管5的燈頭露在空氣中，其余部分全部進(jìn)行膠封。這樣不僅達(dá)到了防水作用又不影響發(fā)光二極管5的發(fā)光效果。接收板4上分布有等距的N個(gè)光敏三極管6，將接收板4鑲嵌于接收板外殼2上，采用防水膠7對(duì)線路板進(jìn)行密封，只將光敏三極管6的燈頭露在空氣中，其余部分全部進(jìn)行膠封。這樣不僅達(dá)到了防水作用又不影響光敏三極管6的接收光效果。再通過固定螺栓8將發(fā)射板外殼I和接收板外殼2分別固定于外殼底板9和外殼頂板11之上，為了防止發(fā)射板外殼I和接收板外殼2由于長(zhǎng)時(shí)間放置而變形，影響到燈的間距，在兩個(gè)外殼中間再用連接板10進(jìn)行固定處理。當(dāng)明渠內(nèi)有水流經(jīng)過且有淤泥沉淀時(shí)，接收板4上的光敏三極管6接收到的光強(qiáng)度不同，從而導(dǎo)通電壓不同，接收板通信端口 13將采集到的電信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)處理主板14，數(shù)據(jù)處理主板14再進(jìn)行運(yùn)算處理，計(jì)算出具體的淤泥厚度和水位高度。
[0026]光電式淤泥厚度測(cè)量?jī)x主要由數(shù)據(jù)處理主板14、發(fā)射板3和接收板4組成。所述的數(shù)據(jù)處理主板14通過發(fā)射板通信端口 12與發(fā)射板3相連，通過接收板通信端口 13與接收板4相連。
[0027]參見圖2:所述的數(shù)據(jù)處理主板14主要完成參數(shù)的采集、運(yùn)算處理、通信及控制功能。所述的數(shù)據(jù)處理主板14由處理器電路、電源處理電路、選址電路、RS485通信電路、存儲(chǔ)器電路、溫度采集電路和復(fù)位電路組成，所述的處理器電