高速铁路雪深监测系统设计与试验(4)
2.2.2 激光测量积雪深度的原理
利用激光进行测距主要有相位测量法[11-13]、干涉测量法和脉冲测量法，以下主要介绍基于相位测量法进行测量积雪深度的原理。若激光由调制器发出到被鉴相器接收共有 个整周期和不足一个周期的 ，则激光在一个测量周期中所经历的周期为：
（2.7）
图2.2 激光相位法测量原理
已知激光的频率为 ，则激光的波长为：
（2.8）
所以测量到的激光传感器和目标之间距离为：
（2.9）
激光传感器的安装位置一般如图2.3所示，为倾斜安装。
图2.3 激光传感器一般安装方法
图中激光传感器与立柱之间夹角为 ，在没有积雪的情况下，激光传感器测量得到的距离为 ,换算出的安装位置高度为：
(2.10)
当出现积雪后，激光测量的距离变为 ,激光传感器距离雪面高度为：
(2.11)
所以积雪的厚度为：
(2.12)
2.3 常见两类传感器参数比较
2.3.1 两类传感器主要型号和参数
雪深传感器型号较多，超声波雪深传感器的型号有美国Campbell公司SR50A[4]和华云的HCS-SR80，激光雪深传感器主要有德国JENOPTIK公司的SHM30[14-15]和厦门瀛寰电子科技有限公司的SXH1-1[16]，表2.1为上述型号的参数对比。
表2.1 两种传感器参数对比
超声波雪深传感器 激光雪深传感器
型号 SR50A HCS-SR80 SHM30 PC-XS2
测量范围 0.5--10m 0.8--3m 0.5--15m 0.05—1.5m
测量误差（取较大数值） ±1.0cm或
±0.4%FS ±2.0cm或
±0.2%FS ±5mm ±1mm
工作电压 9-18 VDC 12 VDC 10 - 30VDC（不加热），15 - 24VDC（加热） 9～18VDC
工作温度 -45℃～+50℃ -40℃～+50℃ -40℃～+65℃ -30℃～+80℃
接口 SDI-12、RS-232、RS-485 RS-232 RS-232 RS-232
在这几种参数中，我们可以清楚的看到超声波传感器的精度都超过1cm，而激光传感器的精度是毫米级的，这说明激光雪深传感器的精度大大超过了超声波雪深传感器。工作电压往往与设备的功耗有关，而电压范围越大面对电源模块的要求就越低，上面型号中的工作电压都相差不大，而激光传感器电压宽度更大。目前，基本所有的超声波传感器都使用了RS-232标准接口，使设备更加通用。