CYS-III型智能测沙仪工作原理和操作说明书

CYS－Ⅲ型智能测沙仪工作原理和操作说明书
一．工作原理
众所周知，泥沙模型试验中含沙量是一项重要的测量参数。

在天然河流中，悬沙的含沙浓度高低随流域来沙条件、水流条件和边界条件而变化，按含沙模型相似律设计的泥沙模型试验中，为了准确地模拟天然河流中的泥沙运动，必须随时测定模型试验中水体悬沙含沙量，以便及时控制模型试验的各种参数，确保模型试验成果质量。

含沙量测量的方法和仪器有烘干称重法、比重瓶称重法、光电测沙仪、同位素测沙仪、激光浊度仪和激光测沙颗分仪等。

经典的含沙量测量方法是烘干称重法和比重瓶称重法，其测量的精度绝大程度取决于样品的处理过程，人为因素较大，费时费力，速度慢，需有较熟练的技术，特别是在模型试验过程中，不能及时确定含沙量变化，不能做到多点同步测量，且无法获得连续的含沙量变化过程，无法满足随时观测和及时调整控制加沙量的要求。

γ测沙仪是应用γ射线穿过物质中，由于同物质发生光电效应和康普顿—吴有训效应，射线强度随被测物质的增加而呈指数衰减的原理而制作的，可以测量高含沙量水体，最高可达1000kg/m 3
,受电源和温度的影响较小，但成本高，且需要放射性元素镅源。

光电测沙仪是近年来发展的含沙量电测仪器，其工作原理是根据浑水消光定律。

一束平行光通过均匀分布的含沙水体后，透射光的强度就会减弱，一部分光被水体中的悬沙吸收，另一部分光被散射到其他方向，透射光只是入射光的一部分，由比尔定律可得：d
KSL e /0-Φ=Φ式中：0Φ——入射光通量；K ——吸收系数；
Φ——透射光通量；
S ——含沙量；L ——光穿透浑水层的厚度；d ——泥沙粒径。

光电测沙原理的应用就是采用光电转换器件，用相对测量的方法，将上式经过一系列转换，使通过清水的光通量转换为电信号V 0，通过含沙水体的光通量转换为电信i V ，再经转换后得出含沙量与电信号关系式：
d
KC i e V V /0-=其中：i V ——通过含沙水体的电信号；K ——系数；
0V ——通过清水的电信号；
C ——含沙量（Kg/m 3）；d ——泥沙粒径（mm）
；在泥沙有级配情况下，取级配曲线上50d 数值。

CYS—Ⅲ型智能测沙仪是根据浑水消光定律,并采用先进的电子技术、传感技术和计算机技术最新研制成功的一种新型多功能智能仪器，。

该仪器配套测沙传感器，可自动测量水体中含沙量的变化。

仪器内置CPU 微处理器、存储器等，具有自动存储和记忆功能，仪器设计安装了高精度和高性能的稳压器、放大器、A/D 转换器、触摸式键盘、8位LED 显示器和数据通讯接口，可作为单机独立工作，也可通过本机上的通讯接口与计算机连接，由计算机控制多台CYS—Ⅲ型智能测沙仪多点含沙量数据同步采集与处理。

为防止电场、磁场的干扰，模拟量输入电路、A/D 转换电路与单片机系统的信号传输都采用了光电耦合隔离。

为了能显示、保存日历时钟和有关参数，特设计安装了时钟日历电路，在关机后，可以自动保存日期、时钟参数等，当再次开机后，这些必须的参数和数据就可以
再现，而不必重新从键盘输入。

显示器选用了8位7段红色LED 数码管，键盘设计为凸起、有手感的12个按键的薄膜立体键盘（其中11个为功能键，1个复位键）。

CYS—Ⅲ型智能测沙颗分仪开机后，按下“Time”键，即可显示当前的年、月、日和时、分、秒，作时钟显示。

由键盘输入需要实时显示含沙量的间隔时间T 和常数K 值等（如以前已输入这些参数，且本次不需要修改，则该过程可以省略，因仪器有记忆功能，已自动将这些参数存储在记忆单元内），将含沙量测量传感器探头放入清水后，按“V 清”键，出现清水值测量功能提示符“uo”，并同时显示V 清值（整数一位，小数四位），按“确认”键，V 清值记入内存；再将含沙量测量传感器探头放入测量混水中，按“V 混”键，出现混水值测量功能提示符“u1”，并同时显示V 混值（整数一位，小数四位）；再按下“测沙”键，出现含沙量测量计算功能提示符“C”，同时显示混水含沙量值（整数两位，小数两位），并连续按设定的间隔时间采集、计算、显示模型水体的含沙量。

其中系数K 可按下式计算。

21V V Ln C K =式中：C ——含沙量（称重值，kg/m 3）；K ——系数
V 1——在清水中的电信号；
V 2——在混水中的电信号含沙量按下式算得：
2
11V V n
K C ⨯=编程时对数计算采用了对数的幂级数展开，即......])11(71)11(51)11(3111[
2ln 53++-++-++-++-=x x x x x x x x x 式中2
1V V x =，且X＞0CYS—Ⅲ型智能测沙仪需定期冲洗积聚在传感器探头上的泥垢，CYS—Ⅲ型智能测沙仪和传感器如图1所示。

图1CYS—Ⅲ型智能测沙仪和传感器
二．工作状态
1．待命工作状态
上电或按下“复位”键后进入待命工作状态，显示器左边第一位显示提示符“P”。

2．设置工作状态
用于设置仪表所需的各个工作参数。

3．测试工作状态
仪器有二种测试工作状态，即含沙量测量工作状态和全颗分测量工作状态。

三．按键功能
1．“Time”键
用于进入显示或设置时间工作状态，在待命工作状态有效，按下后显示“年、月、日”。

2．“△T”键
用于设置间隔时间，在待命工作状态有效，按下后同时显示提示符“d t”和△T的数值，△T数值范围为2位整数，单位为秒。

3．“K”键
用于设置系数K，在待命工作状态有效，按下后同时显示提示符“︱︱”和K的数值，K数值范围为4位数（3位整数，1位小数）。

4．“测沙”键
用于显示测量计算后的含沙量，在待命工作状态有效，按下后同时显示提示符“C”和含沙量的数值，C数值范围为4位数（2位整数，2位小数）。

5．“↑”键
在设置工作状态中用于改变所设置位的数值（0→9循环增加），在设置工作状态有效。

6．“=>”键
在设置工作状态中用于改变设置位（循环右移），在设置工作状态下有效。

7．“↑”键与“=>”键
在设置工作状态中还用于设置通讯地址。

8．“确认”键
用于各种确认操作，在设置工作状态和测试工作状态有效。

9．“V清”键
用于测量清水中的电信号值，在待命工作状态有效，按下后同时显示提示符“U0”和V清的数值（电压值），V清数值范围为5位数（1位整数，4位小数）。

10．“V混”键
用于测量混水中的电信号值，在待命工作状态按下后同时显示提示符“U1”和V混
的数值（电压值），V混数值范围为5位数（1位整数，4位小数）。

11．“颗分”键
在待命工作状态有效，按下后进入全颗分测量工作状态。

12．“通讯”键
按下后可选择成组显示含沙量测量数据或全颗分测量数据。

13．“复位”键
用于单片机复位操作。

四．设置工作状态
仪器有4种设置工作状态（均在待命工作状态按键进入）：
1．“Time”键、“↑”键、“=>”键和“确认”键组合使用，用于设置时间，操作步骤如下：
a．按下“Time”键，显示器显示“XXXX．XX．XX”，左边四位表示年份（范围为0000～9999），中间两位表示月份（范围为01～12），右边两位表示日期（范
围为01～31），同时年份高位（显示器左边第一位）闪烁表示此位为设置位。

b．反复按下“↑”键将此位数值调整到所需的数值。

c．按下“=>”键将设置位向右调整到第二位，按“↑”键将此位数值调整到所需的数值。

d．反复按下“↑”键和“=>”键将各位数值调整到所需的数值。

e．按下“确认”键，“年、月、日”数值被记忆，显示器显示“＃＃－＃＃－＃＃”，左边两位表示小时（范围为00～23），中间两位表示分钟（范围为00～
59），右边两位表示秒（范围为00～59），同时小时高位（显示器左边第一位）
闪烁表示此位为设置位。

f．反复按下“↑”键和“=>”键将各位数值调整到所需的数值。

g．按下“确认”键，“时、分、秒”数值被记忆，显示器显示走动的时钟。

按下“Time”键返回待命工作状态，显示器左边第一位显示提示符“P”。

2．“△T”键、“↑”键、“=>”键和“确认”键组合使用，用于设置采样时间间隔，操作步骤如下：
a．按下“△T”键，显示器显示“d t――――X X”，X X的取值范围为01～99），同时高位闪烁表示此位为设置位。

b．反复按下“↑”键和“=>”键将2位数值调整到所需的数值。

c．按下“确认”键，采样时间间隔被记忆，返回待命工作状态。

3．“K”键、“↑”键、“=>”键和“确认”键组合使用，用于设置系数K，操作步骤如下：
a．按下“K”键，显示器显示“︱︳――X X．X X”，系数K的取值范围为00．01～99．99），同时高位闪烁表示此位为设置位。

b．反复按下“↑”键和“=>”键将各位数值调整到所需的数值。

c．按下“确认”键，系数K被记忆，返回待命工作状态。

4．“↑”键、“=>”键和“确认”键组合使用，用于设置各台仪器通讯地址，操作步骤如
下：
同时按住“↑”键与“=>”键出现ADD****n,其中n可设置成0—9，表示某台仪器的通讯地址，用“↑”键改成所需要的地址后再按确认键。

注：在设置工作状态中，如数值不需修改，可直接按“确认”或者“复位”键退出。

五．测试工作状态
1.含沙量测量工作状态
a．将含沙量测量传感器探头放入清水后，在待命工作状态下按“V清”键，出现清水值测量功能提示符“U0”，并同时显示V清值（整数一位，小数四位），按“确认”键，V清值记入内存，仪器返回待命工作状态显示提示符“P”。

b．将含沙量测量传感器探头放入需测量的混水中，按“V混”键，出现混水值测量功能提示符“U1”，并同时显示V混值（整数一位，小数四位）。

c．按下“测沙”键，显示器显示“C＃＃_X X．X X”：
其中：C－表示含沙量测量计算功能提示符；
＃＃－表示第几次测量的含沙量值（＃＃的取值范围为00～99）；
X X．X X－表示含沙量值（整数二位，小数二位）；
_－表示此位为熄灭显示位。

以后仪器按设置的△T时间计时，并记录每一次△T时间达到时那一秒钟的含沙量值并更新显示。

每记录一次含沙量值，显示的＃＃值加1，如果采集的次数大于100次，显示的＃＃值始终为99不再改变，但含沙量值仍按△T时间采集和计算机保存，数据按堆栈的工作方式保存（即保存最后的100个数据）。

d．在适当的时刻按下“确认”键可结束含沙量测量工作返回待命工作状态，此时必须记住采集的次数（有可能未采集满100个数据）。

六．测试数据回调显示
在待命工作状态按下“通讯”键，显示器显示“L――――――X”（X可取0、1、2，默认为0），可用“↑”键交替选择。

其中：0表示选择含沙量测试数据回调显示；
1表示选择全颗分测试数据回调显示；
2暂未用；
用“确认”键确定后进入相应的数据回调显示或返回待命工作状态。

1．含沙量测试数据回调显示：
显示器显示“H＃＃_X X．X X”
其中：H－含沙量测试数据回调显示提示符；
＃＃－含沙量测试数据编号；
X X．X X－对应相应数据编号的含沙量测试数据。

第一次显示的是最后一次测量的数据，如100次测试做完，显示“H99_X X．X X”，如没有做到100次测试，显示“H＃＃_X X．X X”（＃＃为上次测试的最后一个数据的编号）。

用“=>”键切换显示下一个数据（每操作一次编号减一），当显示到H00后返回显示H99，
可用“确认”键返回待命工作状态。

七．系数K 计算方法
1．已知含沙量C（称重值，kg/m 3
），并用该含沙量C 调配成相应浓度的混水。

2．将测沙传感器探头放入清水（自来水）后，按“V 清”键，出现清水值测量功能提示符“uo”，并同时显示V 清值（整数一位，小数四位），用笔记录V 清值。

3．将测沙传感器探头放入调配好相应浓度的混水后，按“V 混”键，出现混水值测量功能提示符“u1”，并同时显示V 混值（整数一位，小数四位），用笔记录V 混值。

4．分别将含沙量C、V 清值、V 混值代入下式计算系数K ：2
1
V V Ln C
K 式中：C ——含沙量（称重值，kg/m 3），K ——系数，
V 1——在清水中的电信号，V 2——在混水中的电信号
(注：在计算系数K 过程中，应该用测量水域的水体沙样，并多用几组含沙量C（称重值kg/m 3）调配成相
应浓度的混水，分别进行测量计算，最后将几个不同的K 值取平均或根据测量范围取K 值输入测沙颗分仪。

)
八．上位机计算机操作（配光盘）
计算机可以控制多台智能测沙仪同步采集，测量与控制系统的软件界面设计为按钮控制的主菜单模式，打开同步测沙测量程序，运行“模型试验压力总力测量20081219”绿色圆图标，主界面显示有常系数建立、传感器自检、零点测量、总力测量、总力处理和测沙颗分等功能，界面美观新颖，具有很强的可视性和交互性。

1．连接
连接RS-232/RS-485转换器，一头接计算机串行口（COM1），一头接CYS—Ⅲ型智能测沙颗分仪后面板上的通讯插座(如多台仪器测量，只需将连接各台仪器后面板上的通讯插头线并联)；打开智能测沙仪电源；设置各台仪器通讯地址，如单台测量则设置地址为1（操作步骤按第四项的第4条）,如多台仪器同步测量则分别设置通讯地址为Add1、Add2、……n。

2.单路含沙量测量
光标移到测沙颗分按钮，点击单路含沙测量，可先设置计算机串行口，根据需要进行修改，修改后点击端口确定,默认端口为COM1。

单台仪器测量地址设置为1,根据需要再设置△T 与K 值（因单位不同，计算机上设置的K 值应比仪器上设置的K 值小100倍），然后开始V 清测量,确认V 清后，点击开始测量即可，测量结速后点击保存数据，数据会自动以当前的年月日和时间存到“haisha”文件夹中。

3.多路含沙量测量
光标移到测沙颗分按钮，点击多路含沙测量（界面显示多路含沙测量）,计算机默认串行端口为COM1。

多台仪器同步测量时地址须从1顺序设置,每台仪器都要进行参数△T 与K 值的读取或修改，以及V 清测量和确认。

完成上述操作后点击开始测量，此时计算机会按△T 时间不断的测量，如需结束时可点击保存数据,数据会自动以当前的年月日和时间存到
“haisha”文件夹中。