文档介绍：OBS浊度计测量泥沙浓度的方法与实践研究
薛元忠，何青，王元叶
（华东师范大学 河口海岸国家重点实验室，上海200062）
摘要：本文主要对光学后向散射浊度计的测量原理、仪器结构、泥沙校准做了研究分析，讨论了影响因素，揭示了水体浊度与泥 沙浓度的相互关系，并结合长江口的水体泥沙测量应用提出其应用前景。
关键词：光学后向散射浊度计；浊度；泥沙浓度；泥沙校准；长江口
水体泥沙含量的测量是水文要素观测中一项十分重要的内容。传统的含沙量测量采用现场取样，过滤 称重的方法，这种测量操作繁杂，效率低，不能实吋连续监测。光学后向散射浊度计（Optical Back Scattering简称OBS ）是一种光学测量仪器，它通过接收红外辐射光的散射量监测悬浮物质，然后通过 相关分析，建立水体浊度与泥沙浓度的相关关系，进行浊度与泥沙浓度的转化，得到泥沙含量。这种方法， 操作简单，能够快速，实时，连续测量。适用于水体含沙量波动较大的潮汐河口，沿海悬浮泥沙的监测。
1测量原理
OBS浊度计的核心是一个红外光学传感器。众所周知，光线在水体中传输，由于介质作用会发生吸收 和散射，根据散射信号接收角度的不同可分为透射，前向散射（散射角度小于90° ） ,90°散射和后向散 射（散射角度大于90° ） o从理论上讲监测任一角度的红外光线散射量均可测量浊度，见图1。
Optical particle detectors
Scatterings intensity vs angle
木文讨论的散射浊度计主要是监测散射角为140。〜160。之间的红外光散射信号，此间散射信号稳 定。之所以选择红外光线是因为红外辐射在水体中衰减率较高，太阳中的红外部分完全被水体所衰减，这 样0BS发射光束不会受到强干扰，图2清楚地显示岀水体的体积散射特征，散射角度和悬浮物质的变化情 况。图中表明了二种特征。第一，散射率随散射角度增大而减小；第二，在后向散射范围内散射率比较稳 定；第二，在后向散射接收范围内无机物质的散射强度明显大丁气泡和有机物质。
2仪器结构
图3 Sketch map of OBS working principle
0BS-3A浊度 计为美国D&A公司 的产品，它由传感 器、电子单元、接 口部分和电源部 分组成，工作原 理见图3。
红外传感器 由一个高效红外 发射二极管，四个 光敏接收管和一 个线性固态温度 传感器组成。红外 发射二极管在驱 动器作用下发射 一个与轴平面成 50。与发射面成 30°的圆锥体光 束。红外光束遇到 悬浮颗粒后发生 散射，红外接收管 接收140° 160°之间的散射 信号，在空气中光 敏接收管的有效 接收范围在80cm, 但在离接收面 30cm范围内较为 敏感，在水体中光 敏接收管的有效 接收范围为25cm。 接收范围设计确 定后所有上述元 件由环氧树脂固 定。
红外光敏接收二极管接收到散射信号送至A/D转接器，将模拟信号转换成数字信号。然后由计算机对 转换成的数字信号进行采集，按照0BS浊度计的测量要求进行处理，处理好的数据通过RS-232串口与操作 计算机进行通讯联系，操作计算机中安装了 0BS-3A的处理操作软