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一、系统应用背景
河流悬移质泥沙含量（含沙量）是重要的水文参数之一，河流含沙量监测对于水利水电工程建设，水资源开发利用，水土流失治理，工农业取水用水，水文预报等意义重大。目前水文上测量河流含沙量的主要方法是：人工取样，使用烘干法测量含沙量。该方法从样品的采集到分析，均需要大量人力，物力和时间的投入，而且测量周期长，操作过程繁琐，劳动强度大，难以实时，在线监测河流含沙量的变化。
近年来随着新产品新技术的不断引进，针对河流泥沙的监测积累了一些经验，取得了一些进展。目前，由我司研发的JBNS-100型 全自动泥沙在线监测系统已正式投入使用，本套系统可以实现了含沙量和输沙率的实时在线监测。
二、全自动泥沙在线监测系统简介
JBNS-100型 泥沙在线监测系统主要由泥沙传感器、数据采集与传输系统（含RTU）、供电系统、数据管理软件和安装支架等组成。
传感器满足《水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心》水文仪器特性要求。
2.1系统特点：
v 可直接输出测点泥沙含量值、水深、温度值；
v 自动计算断面平均含沙量与输沙率，24小时连续在线监测；
v 支持整合多个断面泥沙传感器数据；
v 建立泥沙与水位、流量等相关的关系线；
v 直接生成水文规范报表，可直接参与资料整编。
2.2测量原理
本套系统所使用的传感器基于组合红外吸收散射光线法，通过逆投影成像技术，可以连续精确测定水体中的悬移质泥沙含量。按照红外散射光线技术不受色度影响测定悬移质泥沙含量，可直接输出泥沙含量数据，实现实时在线监测。
2.3 JBNS-100型 泥沙在线监测仪
JBNS-100型 测沙传感器基于组合红外吸收散射光线法，通过逆投影成像技术可以连续精确测定水体中的悬浮泥沙含量。按照红外散射光线技术不受色度影响测定泥沙含量浓度值，即可直接输出泥沙含量数据，实现实时在线监测。根据使用环境可以选配带自清洗功能和保护装置。
传感器突出特点：
Ø 传感器采用多光束红外散射光逆投影成像技术结合TES91算法；音叉震动与电磁感应技术（高量程）；
Ø 内设自诊功能，保证数据准确；
Ø 可选配清洁刷自动清洗功能，减少传感器维护量；
Ø 数字化传感器，抗干扰能力强；
Ø 泥沙同质性标定与分析识别；
Ø 低量程范围：0-45 kg/m³/120kg/m³，高量程范围：5kg-2500kg/m³，可定制型号和量程，满足不同测验环境要求。
表1 JBNS-100型 泥沙传感器规格
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规格 |
详细信息 |
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尺寸 |
直径90mm*长度 478mm |
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重量 |
6KG |
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主要材料 |
机身：钛合金+POM+316L不锈钢 |
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O型环：氟橡胶 |
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线缆：PVC |
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防水等级 |
IP68/NEMA6P |
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测量范围 |
0.001kg/m³-120kg/m³，可根据定制量程 |
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测量精度 |
误差小于测量值的±5% |
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耐压范围 |
≤0.3Mpa/0-30m水深标配，最大到50米 |
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流速 |
≤5.0m/s |
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存储温度 |
-25到85℃ |
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测量环境温度 |
0到55℃ |
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校准 |
斜率校准/多点校准 |
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传感器线 |
标准整体电缆，可定制 |
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深度传感器 |
量程：0-100M，精度：0.01M |
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温度传感器 |
量程：-20℃-120℃，精度：0.1℃ |
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电源 |
DC12V |
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输出 |
通过6mm抗拉屏蔽线缆输出数字信号 |
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显示输出 |
本地触摸屏显示，远程WEB端显示，手机APP查看 |
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软件 |
可实时显示测量值并保存，可与系统报表对接 |
2.4数据采集与分析主机（含RTU功能）
系统主要功能如下：
（1）能自动采集及处理测沙传感器监测到的泥沙数据，并根据泥沙-断沙率定公式自动计算断面平均含沙量，支持导入断面流量数据，自动计算断面输沙率，对泥沙进行24小时连续在线监测，实现数据采集的准确性、完整性、及时性和可靠性；
（2）可同时接收多个水文站（或监测断面）的泥沙含量数据，每个水文站（或监测断面）可同时支持多个JBNS-100型 传感器；
（3）统计分析：实时监测的数据可自动传输并存储在中心数据库，并可进行数据统计，可生成逐日平均悬移质输沙率表和逐日平均含沙量表等符合《水文资料整编规范》的多种报表，与Excel无缝对接；
（4）远程控制：远程修改参数，异常数据报警等，同时可根据用户要求定制功能。
数据处理主机参数如下：
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名 称 |
参 数 |
描述说明 |
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主要参数 |
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CPU |
AM3352BZCZD60@600MHZ |
ARM Cortex-A8构架，工业级温宽 |
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内存 |
256M DDR3 |
工业级温宽：-40℃ ͠ +85℃ |
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NandFlash或e.MMC |
256MB SLC NandFlash/4GBe.MMC |
工业级温宽：-40℃ ͠ +85℃ |
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数据接口 |
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百兆以太网接口 |
2路 |
2路10/100自适应网络接口 |
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3G/4G模块接口 |
1路 |
用于扩展3G/4G通信模块 |
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WIFI模块接口 |
1路 |
2.4G WIFI |
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USB HOST |
2路 |
USB2.0高速 |
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TF卡接口 |
1路 |
支持大容量TF卡和MicrsSD卡，设计了热拔插检测，支持SD Memory Card协议v2.0 |
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SIM卡接口 |
1路 |
MICRO-SIM卡 |
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调试串口 |
1路 |
RS232 |
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RS485接口 |
4路 |
可根据总线扩展N个接口 |
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RS232接口 |
4路 |
与485复用 |
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CAN接口 |
2路 |
支持CAN2.0 Part A和2.0Part B，最高传输速度可达1Mbit/S |
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RTC时钟 |
高精度时钟芯片 |
采用高精度RX8025时钟芯片，后备电池，可以再断电时保证时间不丢失 |
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LED指示灯 |
2个 |
1个CPU工作心跳灯，1个用户自定义灯 |
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用户按键 |
1个 |
可自定义按键功能 |
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电气特性 |
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输入电压 |
DC12V |
9-30V |
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工作温度 |
-40℃ ͠ +85℃ |
工业级温宽 |
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工作湿度 |
5% ͠ 95% |
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结构参数 |
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机盒尺寸 |
159mm×105mm×33mm |
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2.5供电系统
供电模块通过太阳能电池板和蓄电池的供电方式，配备充电控制器，可用交流电对电池进行充电。蓄电池100AH，100W太阳能板供电。
2.6数据管理软件
自动化接收处理软件可安装于中心站服务器、现场控制服务器，软件系统采用架构为C/S和B/S两种模式，能接收测站发来的各项有关信息，并能远程下载数据和设置测站工作参数。在非测流时间，能人工控制增加测次。根据测站实测数据生成《河流流量测验规范》（GB50179-2015）、《水文资料整编规范》（SL247-2012）等现行水文规范、标准所需报表。
2、能实现在线测流功能，严格依据水文测验规范及《水文资料整编规范》（SL247-2012）等现行有关规范、标准要求，建立各相关要素数据表结构，并提供数据库访问权限及访问技术支持。