專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高，以及對(duì)飲水與健康關(guān)系研究的不斷深入，人們對(duì)飲用水水質(zhì)的要求也在不斷提高。濁度是水樣光學(xué)性質(zhì)的一種表達(dá)語(yǔ)，它不但是衡量水質(zhì)良好程度的重要指標(biāo)之一，也是考核水處理效果的重要依據(jù)，因此，對(duì)濁度的在線監(jiān)測(cè)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。濁度檢測(cè)的基本原理為使用一束固定波長(zhǎng)的入射光射入待檢測(cè)的水體中，在入射光的一個(gè)固定角度(一般為90° )上和距離處檢測(cè)水體散射光強(qiáng)度。檢測(cè)散射光的器件主要由硅光電池、光電接收管、光電倍增管等光電轉(zhuǎn)換器件構(gòu)成。例如CN201010249430. 9公開(kāi)了一種水質(zhì)濁度檢測(cè)裝置。其結(jié)構(gòu)包括光電開(kāi)關(guān)及具有進(jìn)水口與出水口的殼體，所述殼體的上下兩面均為相互對(duì)應(yīng)的全透視玻璃板，在下面玻璃板的下面設(shè)有反射板，所述光電開(kāi)關(guān)與反射板的位置相對(duì)應(yīng)，在殼體內(nèi)設(shè)有保持上下玻璃面全透視效果的擦試裝置。它是利用光的反射原理，使光線通過(guò)水質(zhì)層到達(dá)反射板，通過(guò)反射板的反射再經(jīng)水質(zhì)層，檢測(cè)有多少光線反射回去，加以辨別，得出水質(zhì)的渾濁數(shù)據(jù)。至今所公布的文獻(xiàn)中，散射光檢測(cè)都是在入射光90°方向，并且僅在一個(gè)位置部署散射光接收元件，這樣導(dǎo)致接收的散射光量非常有限，使得系統(tǒng)必須增加運(yùn)算放大器件，運(yùn)算放大器件用于放大光電轉(zhuǎn)換器件的輸出電流，才能實(shí)現(xiàn)有效的信號(hào)檢測(cè)。特別是在飲用水等低濁度水質(zhì)檢測(cè)應(yīng)用中更是如此。一方面，運(yùn)算放大器件增加了檢測(cè)系統(tǒng)環(huán)節(jié)，帶來(lái)一定程度可靠性的下降；另一方面，運(yùn)算放大器件本身會(huì)受到溫度影響，產(chǎn)生零點(diǎn)漂移問(wèn)題，從而降低了濁度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。在濁度檢測(cè)中，光源是非常重要部分，光源的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，直接影響檢測(cè)的效果。一般情況下，較強(qiáng)的光源所產(chǎn)生的散射光強(qiáng)也較強(qiáng)，使得檢測(cè)散射光也更容易。光源器件的輸出光功率越大，器件的溫度會(huì)越高，導(dǎo)致光強(qiáng)穩(wěn)定性變差，器件壽命縮短。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)散射光檢測(cè)都是在入射光90°方向，導(dǎo)致接收的散射光量非常有限，影響濁度檢測(cè)的準(zhǔn)確性的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種濁度檢測(cè)的準(zhǔn)確性高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的一種用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器，包括殼體和光源；其特征在于，所述光源設(shè)于殼體內(nèi),光源的前端依次設(shè)有石英玻璃片，以及同軸的光通道和水通道；所述水通道的外壁上周向設(shè)有光電轉(zhuǎn)換器；光電轉(zhuǎn)換器通過(guò)電纜線與設(shè)于殼體內(nèi)的單片機(jī)相連，單片機(jī)的輸出端通過(guò)電纜與外接設(shè)備相連，單片機(jī)將光電轉(zhuǎn)換器輸出電壓轉(zhuǎn)換為濁度值并進(jìn)行顯示和處理。進(jìn)一步，所述水通道的入水口設(shè)于殼體的側(cè)壁并與光通道相通，水通道的出水口設(shè)于殼體的一端部或側(cè)壁。所述水通道由石英玻璃管制成。所述環(huán)形的光電轉(zhuǎn)換器由數(shù)個(gè)單體結(jié)構(gòu)串連而成。所述光電轉(zhuǎn)換器為I 3個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)，軸向設(shè)于水通道的外壁。所述光源為激光二極管，光源與光電轉(zhuǎn)換器成90度布置。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果I、本發(fā)明通過(guò)將光源、光通道和水通道同軸設(shè)置，將光電轉(zhuǎn)換器周向布置于水通道的外側(cè)，最大程度(即360° )收集水體的散射光，從而最大限度增加了接收有效散射光的量，使得系統(tǒng)無(wú)需增加運(yùn)算放大器件即可進(jìn)行信號(hào)采樣，提高了濁度檢測(cè)的準(zhǔn)確性；而且，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，保證了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性?！?、本發(fā)明光源采用激光二極管光源，并采用間歇性工作方式，不降低光功率的條件下，使用其壽命增長(zhǎng)。3、本發(fā)明濁度傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。

圖I是一種用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器結(jié)構(gòu)剖視圖。圖2是一種用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器光電轉(zhuǎn)換器放大俯視圖。圖3是一種用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器檢測(cè)方法圖。其中，I-殼體，2-水通道，21-入水口，22-出水口，3-光電轉(zhuǎn)換器，4_光源，5_單片機(jī)，6 —光通道，7 —密封圈，8-石英玻璃片，9-石英玻璃管。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)闡述。如圖I所示，一種用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器，包括殼體I和光源4 ;所述光源4設(shè)于殼體I內(nèi)，光源4的前端依次設(shè)有石英玻璃片8，以及同軸的光通道6和水通道2 ；所述水通道2的外壁周向設(shè)有環(huán)形的光電轉(zhuǎn)換器3 ;光電轉(zhuǎn)換器3通過(guò)電纜線與設(shè)于殼體I內(nèi)的單片機(jī)5相連，單片機(jī)5的輸出端通過(guò)電纜與外接設(shè)備相連，單片機(jī)5將光電轉(zhuǎn)換器3輸出電壓轉(zhuǎn)換為濁度值并進(jìn)行顯示和處理；所述光源4為激光二極管，光源4與光電轉(zhuǎn)換器3成90度布置。進(jìn)一步，所述水通道2的入水口 21設(shè)于殼體I的側(cè)壁并與光通道6相通，水通道2的出水口 22設(shè)于殼體I的一端部或側(cè)壁。所述水通道2由石英玻璃管9制成。如圖2，所述環(huán)形的光電轉(zhuǎn)換器3由數(shù)個(gè)單體結(jié)構(gòu)串連而成。所述光電轉(zhuǎn)換器為I 3個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)，軸向設(shè)于水通道的外壁。其中，殼體1，殼體采用黑色無(wú)毒尼龍材料；在光源4和石英玻璃片8之間，以及水通道2與殼體I連接的兩端均設(shè)有密封圈7，各密封圈可采用丁氰材料的O型圈。所述光電轉(zhuǎn)換器3，可選用由西門(mén)子BPW 33硅光電池串聯(lián)而成。水通道2由石英玻璃管9制成，石英玻璃的透光性較佳，加上光電轉(zhuǎn)換器3是環(huán)形布置于水通道(石英玻璃管9)的外側(cè)，此種設(shè)計(jì)可以最大限度收集散射光的量。設(shè)于殼體2內(nèi)的單片機(jī)5可選用ATmegal6,該單片機(jī)具有ADC模塊,可以將光電轉(zhuǎn)換器的輸出電壓數(shù)字化，同時(shí)單片機(jī)具有UART和SPI等串行通信接口，可以將處理后的濁度值輸出，所述單片機(jī)5將光電轉(zhuǎn)換器3輸出電壓轉(zhuǎn)換為濁度值；設(shè)于殼體I外的電源(圖中未示)，其通過(guò)設(shè)有開(kāi)關(guān)的導(dǎo)線分別與光源與單片機(jī)5電源輸入端相連。參見(jiàn)圖3，使用本發(fā)明一種用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器，進(jìn)行水質(zhì)在線檢測(cè)的方法，包括如下步驟步驟1，將待檢測(cè)水體流過(guò)水通道，開(kāi)啟光源(激光二極管)；步驟2，單片機(jī)等待500ms，目的是為了光源產(chǎn)生光源穩(wěn)定；步驟3，單片機(jī)記錄光電轉(zhuǎn)換器輸出電壓，光電轉(zhuǎn)換器輸出電壓通過(guò)單片機(jī)的ADC模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；步驟4，根據(jù)得到的光電轉(zhuǎn)換器輸出電壓，單片機(jī)執(zhí)行滑動(dòng)窗口平均算法，其中N取值為10，其步驟為刪除前第10次記錄值；將本次結(jié)果與前9次記錄進(jìn)行累加；將累加值 除以10，得到一個(gè)平均值；步驟5，單片機(jī)通過(guò)設(shè)定的濁度擬合函數(shù)將上述平均值轉(zhuǎn)換為濁度值，并輸出結(jié)果;步驟6，單片機(jī)關(guān)閉光源500ms，關(guān)閉時(shí)間可根據(jù)需要設(shè)定為不同值，目的為等待光源冷卻，然后重復(fù)步驟I至5，直至輸出濁度值穩(wěn)定，檢測(cè)步驟結(jié)束。一般的情況下水體濁度的變化非常緩慢，無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟光源進(jìn)行不間斷檢測(cè)，本發(fā)明通過(guò)控制Twait和Tshutdown時(shí)間，對(duì)光源的工作時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，從而增加了光源器件的壽命。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器，包括殼體(I)和光源(4);其特征在于，所述光源(4)設(shè)于殼體(I)內(nèi)，光源(4)的前端依次設(shè)有石英玻璃片(8)，以及同軸的光通道(6)和水通道(2 );所述水通道(2 )的外壁上周向設(shè)有光電轉(zhuǎn)換器(3 );光電轉(zhuǎn)換器(3 )通過(guò)電纜線與設(shè)于殼體(I)內(nèi)的單片機(jī)(5)相連，單片機(jī)(5)的輸出端通過(guò)電纜與外接設(shè)備相連，單片機(jī)(5)將光電轉(zhuǎn)換器(3)輸出電壓轉(zhuǎn)換為濁度值并進(jìn)行顯示和處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器，其特征在于，所述水通道(2)的入水口(21)設(shè)于殼體(I)的側(cè)壁并與光通道(6)相通，水通道(2)的出水口(22)設(shè)于殼體(I)的一端部或側(cè)壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器，其特征在于，所述水通道(2)由石英玻璃管制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換器(3)由數(shù)個(gè)單體結(jié)構(gòu)串連成環(huán)狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換器(3)為I 3個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)，軸向設(shè)于水通道(2)的外壁。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器，其特征在于，所述光源(4)為激光二極管，光源(4)與光電轉(zhuǎn)換器(3)成90度布置。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種用于水質(zhì)在線檢測(cè)的濁度傳感器，包括殼體和光源；所述光源設(shè)于殼體內(nèi)，光源的前端依次設(shè)有石英玻璃片，以及同軸的光通道和水通道；所述水通道的外壁周向設(shè)有光電轉(zhuǎn)換器；光電轉(zhuǎn)換器通過(guò)電纜線與設(shè)于殼體內(nèi)的單片機(jī)相連，單片機(jī)的輸出端通過(guò)電纜與外接設(shè)備相連，單片機(jī)將光電轉(zhuǎn)換器輸出電壓轉(zhuǎn)換為濁度值并進(jìn)行顯示和處理。本實(shí)用新型光電轉(zhuǎn)換器成環(huán)狀部置于水通道外側(cè)，從而最大限度增加了接收有效散射光的量，使得系統(tǒng)無(wú)需增加運(yùn)算放大器件即可進(jìn)行信號(hào)采樣；在檢測(cè)方法中對(duì)光源的工作時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，增加了光源使用壽命。
文檔編號(hào)G01N21/49GK202693474SQ20122040936
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者唐云建, 韓鵬, 孫懷義, 胡曉力, 莫斌, 董寧, 彭紅, 梁晶 申請(qǐng)人:重慶市科學(xué)技術(shù)研究院