[發明專利]一種多排差分式光敏測釬、系統及測釬方法

有效

• 申請號: 202110892447.4
• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113566715B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 雷磊;吳健;董子晗;鄭樹海;周海宏;白曉春;萬昊;王良;王少軍;郭安祥;王辰曦;丁德;馬悅紅;呂平海;郭季璞;樊創;魏剛
• 申請（專利權）人: 國網陜西省電力公司電力科學研究院;國網(西安)環保技術中心有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種多排差分式光敏測釬、系統及測釬方法，通過在一根測釬上密貼集成多排線陣光敏元件，并依照設計目標設置，每只線陣光敏元件獨立測量土壤層在測釬上相對位置的變化，并將多只線陣光敏元件數據差分，融合計算，以實現更高精度的土壤流失量的測量。線陣部分插入土壤中，在陽光中暴露的線陣基元在光電效應下產生電流信號，而土壤下的基元不感應太陽光，由此獲得土壤位置。線陣光敏元件由獨立封裝的光敏基元線性密排而成，光敏測量的精度受制于基元封裝尺寸，將多根線陣光敏元件位置錯開，將每根所得的土壤位置信息融合差分，從而突破光敏測量面臨的封裝尺寸限制，提升水土流失測量精度。

技術領域

本發明屬于水土保持在線檢測技術領域，特別是水土保持在線監測系統，具體涉及一種多排差分式光敏測釬、系統及測釬方法。

背景技術

傳統的水土流失監測主要的技術為人工測釬法，測釬法是指在坡面內盡可能減小地表擾動的情況下，向地表有規律插入若干刻有刻度的細釬，并在細釬中做好標記，記錄原始土層高度，后期通過記錄土層高度的變化，觀測計算土壤侵蝕量。以上方法對人工有過多依賴，成本高，監測周期長、時效性差，不能適應水土保持監測信息化、智能化的需求。因此，在人工測釬的原理背景下，出現了基于光敏感知的自動化智能測釬。

光敏測釬的原理為，在測釬桿的一側，沿釬桿方向，連續貼裝多只光敏元件，如光敏二極管等，形成線性陣列。將此陣列的一部分隨測釬插入土壤中，土壤之上的光敏元件對太陽光敏感，輸出電流或電壓信號。而土壤之下的光敏元件不接受光照射，不輸出光信號，通過分析信號輸出臨界位置的光敏元件序號，可以計算出土壤平面位置，從而得到水土流失數據。

由于光敏元件封裝存在一定的寬度，即使密排貼裝，相鄰光敏元件的間隔一般大于1.5mm，也就是說，光敏測量的分辨率大于1.5mm，不能滿足水土保持監測小于1mm的精度要求。

發明內容

本發明提供了一種多排差分式光敏測釬、系統及測釬方法，使測釬分辨率提升至1mm以內。

為達到上述目的，本發明所述一種多排差分式光敏測釬，包括測釬桿，測釬桿側壁安裝有n個線陣光敏元件，每個所述線陣光敏元件包括m只沿豎直方向依次排列的光敏基元，所述n個線陣光敏元件的頂部依次相差距離為a，a小于光敏基元封裝尺寸；所述n個線陣光敏元件和信號處理模塊連接，所述信號處理模塊用于根據n個線陣光敏元件測量到的電流或電壓信號，計算土壤層距離線陣光敏元件頂部的距離。

進一步的，測釬桿側壁開設有凹槽，所述n個線陣光敏元件安裝在所述凹槽中。

進一步的，每只光敏基元封裝寬度為1mm～2mm。

進一步的，線陣光敏元件與信號處理模塊之間設置有模擬開關，所述模擬開關用于控制線陣光敏元件分時段向信號處理模塊傳遞電流或電壓信號。

進一步的，信號處理模塊的輸出端與通過無線通訊模塊與上位機通訊。

進一步的，探測基元為光電探測器。

一種多排差分式光敏測釬系統，包括多根上述的多排差分式光敏測釬。

一種多排差分式光敏測釬方法，包括以下步驟：

S1、在測釬桿上安裝n個線陣光敏元件，相鄰線陣光敏元件高度方向的位置錯開，錯開間距a小于光敏基元封裝尺寸；

S2、將測釬插入被測量區域，線陣光敏元件下部插入土壤中，每只線陣光敏元件獨立測量土壤層在測釬上相對位置的變化，并將多只線陣光敏元件數據差分，求解得到土壤層距離線陣光敏元件頂部的距離。

進一步的，S2中，土壤層距離線陣光敏元件頂部的距離的包括以下步驟：

第1根線陣光敏元件所確定的土壤層距離本根線陣光敏元件頂部的位置表示為：