[發(fā)明專利]一種激光、光敏、超聲三相融合測釬裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210439550.8
• 申請日: 2022-04-25
• 公開（公告）號: CN114720663A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷磊;吳健;孫強;白曉春;王良;萬昊;張智;李睿;鄭樹海;盧林;周海宏;趙穎博;王少軍;陳維;郭安祥;王辰曦;李毅;菅永峰;盧鵬;巫婷;姜丹
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)陜西省電力有限公司電力科學(xué)研究院;國網(wǎng)(西安)環(huán)保技術(shù)中心有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

1.一種激光、光敏、超聲三相融合測釬裝置，其特征在于，包括測釬桿(1)，測釬桿(1)外壁固定有多只光敏元件(2)，形成線性光敏陣列；所述測釬桿(1)頂部安裝有超聲探頭(3)、激光傳感模塊(4)和信號處理電路(8)，

所述超聲探頭(3)向土壤方向發(fā)射超聲波并接受超聲波的反射聲波，所述激光傳感模塊(4)的激光發(fā)射方向指向地面，激光傳感模塊(4)用于發(fā)射激光并探測器用于接收發(fā)射的激光自土壤平面返回的反射波；線性光敏陣列、超聲探頭(3)和激光傳感模塊(4)均與信號處理電路(8)連接，將采集到的信號傳遞至信號處理電路(8)，所述信號處理電路(8)用于根據(jù)接收到的信號計算水土流失量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光、光敏、超聲三相融合測釬裝置，其特征在于，沿所述測釬桿(1)的壁面長度方向開設(shè)有條形凹槽，所述線性光敏陣列安裝在所述凹槽中。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光、光敏、超聲三相融合測釬裝置，其特征在于，所述光敏元件為線陣CCD。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光、光敏、超聲三相融合測釬裝置，其特征在于，所述超聲探頭(3)、激光傳感模塊(4)和信號處理電路(8)均設(shè)置在保護殼(5)中。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光、光敏、超聲三相融合測釬裝置，其特征在于，所述超聲探頭(3)為超聲換能器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光、光敏、超聲三相融合測釬裝置，其特征在于，所述測釬桿(1)頂部安裝有太陽能供電系統(tǒng)(6)，所述太陽能供電系統(tǒng)(6)用于為超聲探頭(3)、光敏模塊(2)、激光傳感模塊(4)和信號處理電路(8)供電。

7.基于權(quán)利要求1所述的測釬裝置的測釬方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將測釬裝置下部插入被測區(qū)域的土壤中；

步驟2、線性光敏陣列、超聲探頭(3)和激光傳感模塊(4)開始工作，線性光敏陣列感應(yīng)太陽光轉(zhuǎn)化為電流或電壓信號，并將電流或電壓信號傳遞至信號處理電路(8)；超聲探頭(3)將超聲發(fā)射時間及反射聲波接收時間傳遞至此信號處理電路(8)；激光傳感模塊(4)將激光發(fā)射波及反射波的相位差傳遞至數(shù)據(jù)處理電路(8)；

步驟3、數(shù)據(jù)處理電路根據(jù)(8)電流或電壓信號確定信號輸出臨界位置的光敏元件序號，并計算出土壤平面位置，根據(jù)土壤平面位置的變化量得到水土流失數(shù)據(jù)E_c，

數(shù)據(jù)處理電路根據(jù)超聲發(fā)射時間及反射聲波接收時間以及聲速，計算土壤平面距超聲探頭(3)的距離，通過土壤平面距超聲探頭(3)的距離變化量，得到水土流失數(shù)據(jù)E_a；

數(shù)據(jù)處理電路根據(jù)激光發(fā)射波及反射波的相位差，計算激光傳感模塊(4)距離土壤平面的距離，根據(jù)激光傳感模塊(4)距離土壤平面的距離的變化量計算水土流失數(shù)據(jù)，記為E_o；

步驟4、采用卡爾曼濾波器進行數(shù)據(jù)融合，得到融合后的水土流失量E：

E＝k_aE_a+k_cE_c+k_oE_o

其中，k_a為超聲探頭(3)的卡爾曼系數(shù)，k_c為光敏元件的卡爾曼系數(shù)，k_o為激光器的卡爾曼系數(shù)，k_a、k_c和k_o依照布設(shè)點實際環(huán)境標定得到。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測釬方法，其特征在于，標定k_a、k_c和k_o后，根據(jù)測釬布設(shè)當?shù)赝寥狼闆r和光照情況調(diào)整k_a、k_c和k_o。