实时无线测沙系统研发及其在环形水槽中的应用

摘要

环形水槽是研究细颗粒泥沙运动的理想实验装置，但传统的取样测沙方法制约了它的推广应用，本文以改变环槽传统测沙技术为出发点，研发完全开放式的实时在线测沙仪器，力求在水槽中实验水样的自然流态下实时测量垂线悬浮泥沙含量，主要研究内容如下： 首先，从理论上分析了含沙量与光强之间的关系，尝试用红外后向散射方法在完全开放背景下测量含沙量。采用光源调制的方法并结合独特的光路设计，有效地避免了背景光的影响，消除水中气泡和有机物质的影响；在发射电路中采取稳流措施，保证流经发光管的电流不受温度影响，从而保证了光强恒定。对传感器探头中的红外发光管和光敏二极管分别采用双芯屏蔽线作为信号传输线，以便微弱的泥沙信号能有效放大。 其次，突破一般设计模式，为光电信号增设信号调理电路，对信号进行放大、滤波、解调等处理，将信号调整为0-5V标准电压输出；这一环节与后续的软件处理环节相配合，能最大限度滤除噪声，提高信噪比，有效保证测量信号的真实有效性。 最后，采用系统的柔性设计思想，以AT89S52单片机为采集电路的核心部件，MAX197作A/D采集器件，设计相对独立的单片机数据采集子系统。鉴于环形水槽旋转运动的特殊工作方式，采用无线传输方式，选用先进的透明接口数传模块，简化外围电路和程序设计。同时设计了PC机数据同步分析软件，承担系统控制、仪器标定和数据分析的任务，极大降低工作量，提高实验效率。