基于光电法的淤泥密度探测仪的设计

　　0 引言

　　随着河道清淤准确度的提高，在清淤工作中要求检测水下淤泥的密度，本设计采用光电传感器检测水下淤泥密度并将结果显示在计算机上，可以指导清淤人员准确高效地清理河道，目前国内外传统的测量淤泥方法有以下几种：钻孔取样法，使用钻机单点采集柱状淤泥样本，但钻孔取样对淤泥的扰动不能避免，浮泥和流泥样本无法采集，无法测量其密度，且其工作量大，价格昂贵，效率低;静力触探法，用专用测杆进行，通过单点测定淤泥层对测杆的比贯入阻力来计算淤泥的承载力，从而确定淤泥厚度，但无法测定淤泥的密度，也无法查明浮泥和流泥的分布;放射线探测法，是根据放射线的放射衰减比率来测定淤泥的密度，测定精度较高，但工作效率低，对人员和被测区域环境有潜在的放射性危害，不适合在工程测量中使用;多普勒双频超声波测量法，原理是以高频测量泥水界面，再通过低频测量淤泥底层距水面距离，从而得到淤泥厚度;这种方法较之其他方法高效快速，但淤泥的密度无法测定。

　　本探测仪采用光电法检测水下淤泥分布及密度情况，具有体积小、功耗低、安全性强、准确度较高等特点。能够分辨出不同密度的淤泥，对淤泥的扰动也小。

　　1 淤泥密度探测仪基本原理及构成

　　淤泥密度探测仪采用光电法探测淤泥密度，原理是当光路长度一定，介质对光的吸收量和它的密度成比例。据此，由光源发送一束光，经不同密度的淤泥吸收后，光电传感器接收到的光强度不一样，产生的电信号大小也就不一样，这样能够将淤泥密度转变成电信号。根据实验得到淤泥密度与电信号的关系，可以测量淤泥密度从而区分不同泥层。

　　淤泥密度探测仪主要由光电传感器和数据转换与传输系统构成。如图1所示，光电传感器探测淤泥的密度，数据转换与传输系统将光电传感器采集到的电信号进行转换，然后，通过RS485总线串行传输至计算机。

　　1.1 光电传感器

　　光电传感器主要由光源和硅光电池构成。硅光电池是一种能将光能直接转换成电能的半导体器件，对有效入射光的吸收率达到90%以上。光电池的光谱特性曲线如图2所示，它的光谱响应范围为400～1100mm。

　　由图2可知，硅光电池对波长为850nm左右的光最为敏感，因此选择波长为850nm的红外LED作为光源。光电传感器如图3所示：

　　红外LED发射出红外光，经不同密度的淤泥吸收后，硅光电池接收到的光强度不同，从而产生不同大小的电信号，经三极管放大后传输至单片机，进行信号处理。