[發(fā)明專利]一種森林死可燃物含水率在線測量裝置及其測量方法

在審

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• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107462549A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邢鍵;葉穎慧;馬召;彭博;王興蔚
• 申請（專利權(quán)）人: 東北林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務(wù)所(普通合伙)23209
• 代理人: 張月

1.一種森林死可燃物含水率在線測量裝置，其特征在于，包括安裝支架(1)、半透半反鏡(2)、激光器(3)、光電探測器一(4)、光電探測器二(5)、標(biāo)準(zhǔn)郎伯板(6)、死可燃物容器(7)；所述安裝支架(1)中間設(shè)置有半透半反鏡(2)，所述半透半反鏡(2)右側(cè)傾斜設(shè)置有激光器(3)，所述激光器(3)發(fā)射的光源與所述半透半反鏡(2)形成一定角度的銳角，沿光源透射路徑，所述激光器(3)發(fā)射的光源透射過所述半透半反鏡(2)后投射到所述標(biāo)準(zhǔn)郎伯板(6)上，經(jīng)所述標(biāo)準(zhǔn)郎伯板(6)反射后投射到所述光電探測器一(4)上，所述光電探測器一(4)下端還設(shè)置有一組紅外濾光片(8)，所述標(biāo)準(zhǔn)郎伯板(3)和所述光電探測器一(4)均設(shè)置在所述半透半反鏡(2)左側(cè)的安裝支架(1)上；沿光源反射路徑，所述激光器(3)發(fā)射的光源經(jīng)所述半透半反鏡(2)反射后投射在所述死可燃物容器(7)上，經(jīng)所述死可燃物容器(7)反射后投射到光電探測器二(5)上，所述光電探測器二(5)下方也設(shè)置有一組紅外透光片(8)；所述安裝支架(1)上還安裝有太陽能供電系統(tǒng)(9)，所述太陽能供電系統(tǒng)(9)分別于所述激光器(3)、所述光電探測器一(4)和所述光電探測器二(5)電連接，所述光電探測器一(4)和所述光電探測器二(5還均與一組數(shù)據(jù)處理裝置電連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種森林死可燃物含水率在線測量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理裝置包括PLC模塊(10)、LORA模塊一(11)、LORA模塊二(12)、上位機(13)；所述PLC模塊(10)分別于所述激光器(3)、所述光電探測器一(4)和所述光電探測器二(5)電連接，所述PLC模塊(10)還與所述LORA模塊一(11)電連接，所述LORA模塊一(11)通過無線信號與所述LORA模塊二(12)連接，所述LORA模塊二(12)與所述上位機(13)電連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種森林死可燃物含水率在線測量裝置，其特征在于，所述死可燃物容器(7)為網(wǎng)狀容器，所述死可燃物容器(7)內(nèi)盛裝有粉末狀死可燃物。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種森林死可燃物含水率在線測量裝置，其特征在于，所述激光器(3)為1450nmDFB激光器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種森林死可燃物含水率在線測量裝置，其特征在于，所述激光器(3)發(fā)射的光源與所述半透半反鏡之間形成的銳角為45°。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種森林死可燃物含水率在線測量裝置，其特征在于，所述光電探測器一(4)和所述光電探測器二(5)以所述半透半反鏡(2)為中心軸對稱。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種森林死可燃物含水率在線測量裝置，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)郎伯板(6)和所述死可燃物容器(7)以所述半透半反鏡(2)為中心軸對稱。

8.一種基于權(quán)利要求1-7之一所述的一種森林死可燃物含水率在線測量裝置的測量方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

a、標(biāo)定方程的確定：在待測的林區(qū)內(nèi)采集若干租死可燃物樣本，在實驗室安裝森林死可燃物含水率在線測量裝置，將死可燃物人工碾碎或機械粉碎后放入所述死可燃物容器內(nèi)，開啟激光器，同時收集光電探測器一的電壓值V₁和光電探測器二的電壓值V₂，標(biāo)準(zhǔn)郎伯板的反射率為已知ρ₀，測定樣本含水率的光譜反射率時ρ＝ρ₀V₂/V₁，通過稱重法測量實際含水率，比對反射率和含水率的數(shù)據(jù)，進行回歸分析，建立標(biāo)定方程y＝ax+b，y代表含水率，x代表反射率，通過多組測量，直接求出系數(shù)a和b并建立線性坐標(biāo)系；

b、待測森林死可燃物的取樣：在待測的林區(qū)，采集落葉若干，通過人工碾碎或機械粉碎，粉碎后放置在所述死可燃物容器內(nèi)；

c、死可燃物的反射率測量：安裝所述森林死可燃物含水率在線測量裝置，開啟激光器，光源透射過半透半反板透射到標(biāo)準(zhǔn)郎伯板上，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)郎伯板反射后投到光電探測器一，光電探測器一測量后獲得標(biāo)準(zhǔn)郎伯板的反射光強，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)化后測量得到電壓值為V_測1，光源投射到半透半反板上反射到死可燃物容器內(nèi)的粉末狀死可燃物上，經(jīng)粉末狀死可燃物反射后投到光電探測器二，光電探測器二測量后獲得粉末狀死可燃物的反射光強，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)化后測量得到電壓值為V_測2，標(biāo)準(zhǔn)郎伯板的反射率已知為ρ₀，森林死可燃物的反射率ρ為：

ρ＝ρ₀V_測2/V_測1

d、死可燃物的含水率的測量：通過步驟c中測量并計算后得到的反射率的值，查看步驟a建立的標(biāo)定方程和線性坐標(biāo)系，直接獲得森林死可燃物的含水率。

e、死可燃物的含水率在線測量：森林死可燃物反射率測量裝置按設(shè)定的時間間隔，定時采集光電探測器一和光電探測器二的電壓值，并用單片機計算反射率；通過步驟a中所建立的標(biāo)定方程得到目標(biāo)的含水率，最后將計算結(jié)果通過LORA無線技術(shù)回傳至上位機。