CN103267744B - 基于直角棱镜的浊度光学检测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于直角棱镜的浊度光学检测装置，主要包括光源、凸透镜、直角棱镜、滤光片、PIN光探测器和信号处理器，其光源是中心波长为860nm的LED或LD，光源驱动电路与所述光源连接，第一凸透镜置于所述光源的前方，直角棱镜置于所述第一凸透镜的前方，其表面镀覆透明生物分子薄膜，其底端镀覆高反射率薄膜，滤光片置于所述直角棱镜的侧面，并与所述直角棱镜发出光的侧面呈90度夹角，第二凸透镜置于所述滤光片的前方，PIN光探测器置于所述第二凸透镜的前方，微处理器与PIN光探测器连接。本发明结构简单，很容易实现基于90度反射的浊度测量，具有自清洁功能，可广泛用于不同水域中的浊度的长时间连续监测。

Description

基于直角棱镜的浊度光学检测装置

技术领域

本发明属于光电检测领域，特别涉及一种光学浊度检测装置。

背景技术

浊度，通俗地讲就是指水的浑浊程度。浊度的大小往往可直接判断出水环境污染的程度，人类饮用水和许多工厂用水都需要对水的浊度进行测量及处理。通过对饮用水的浊度测量，可以及时显示出水中细菌及颗粒物的多少，保证在进一步水质进化过程中去除。因此，如何准确地通过测量水中浊度来确定其水质情况，一直是水质检测技术的研究热点。

目前，测量水中浊度的方法主要有：

目视比浊法，将水样与硅藻土(或白陶土)配置的标准浊度溶液进行比较，以确定水样的浊度，但其检测浊度的精确度和稳定性都不是很好，其测量过程完全是根据所测人的视觉感觉而定。

透射光法，该方法遵守朗伯-比尔定律，透射光强随着浊度的增加呈指数形式递减，但其在测量低浊度时需要的光电探测器灵敏度高，放大器分辨率、稳定性以及除噪的性能也要非常高，具有一定的局限性。

积分球法，即透射-散射比值法测定水样浊度，该方法是对散射光强与透射光强的比值通过计算测定，二者的比值则表示水样的浊度，但其仪器复杂，在小粒径的范围内迅速下降，对于小于0.5μm的颗粒几乎无效，特别是当水样中有气泡存在时，水样的透射光强有所衰减，散射光强增强，从而整体浊度值偏大。

散射光法，光源发出的光线入射水样时，在与入射光成一定角度的方向上由光电检测器件对散射光强测量，由于水样中杂质的散射光强度与水样浊度成正比，通过测定经过水样散射的散射光强度来测定水样的浊度，应用最为广泛。如HACH公司的浊度计。

综上，如何高灵敏度、高稳定性的检测水中浊度，是实现水质安全监测的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设备简单、灵敏度高、稳定性好的基于直角棱镜的浊度光学检测装置。

本发明的技术方案如下：

本发明主要包括光源、凸透镜、直角棱镜、滤光片、PIN光探测器和信号处理器。其中，光源是中心波长为860nm的LED或LD，用于输出激光光束；第一凸透镜置于所述光源的前方，用于对所述光源发出的光线进行准直处理；直角棱镜置于所述第一凸透镜的前方，该直角棱镜表面镀覆透明生物分子薄膜，其底端镀覆高反射率薄膜，用于将接收到的所述第一凸透镜发出的准直光束反射到待测水中；滤光片置于所述直角棱镜的侧面，与直角棱镜平行，并与所述直角棱镜发出光的侧面呈90度夹角，用于过滤水中杂散光；第二凸透镜置于所述滤光片的前方，与上述第一凸镜平行，用于接收所述滤光片过滤后的散射光并聚焦；PIN光探测器置于所述第二凸透镜的前方，用于接收聚焦后的信号光；光源驱动电路与所述光源连接，用于驱动所述光源正常工作；微处理器与PIN光探测器连接，用于对转换后的散射光信号进行分析处理并显示。

其中，所述PIN光探测器的响应峰值波长为860nm。

其中，所述滤光片的中心波长为860nm。

光源驱动电路驱动中心波长为860nm的LED或LD光源发光，所发出的激光先后通过第一凸透镜和直角棱镜，反射进入待测水中。水中悬浮物等会影响光的传播，发生散射现象。水中散射光先后通过中心波长为860nm的滤光片和第二凸透镜被响应峰值波长为860nm的光探测器接收，最后进入微处理器进行分析处理，得到所需的浊度。

使用时，水中悬浮物对透过光线的阻碍程度，使其浊度发生变化。它是水样对光的吸收和散射的量度，可以用与入射光成90度方向上测量经过水体散射后的光强进行表示。由于水样中杂质的散射光强度与水样浊度成正比，因此，通过测定经过水样散射的散射光强度来测定水样的浊度。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、设备简单、制作容易。

2、采用直角棱镜将光反射后进入待测水中，不需要调整光源与探测器之间的角度，很容易实现基于90度反射的浊度测量。

3、直角棱镜表面镀覆透明生物分子薄膜，以避免附着浮游生物，具有自清洁功能，可广泛用于不同水域中的浊度的长时间连续监测。

附图说明

图1是本发明的结构示意简图。

附图标号：1、光源驱动电路；2、光源；3、第一凸透镜；4、直角棱镜；5、滤光片；6、第二凸透镜；7、PIN光探测器；8、微处理器。

具体实施方式

在图1所示的一种基于直角棱镜的浊度光学检测装置示意图中，光源是中心波长为860nm的LED或LD，光源驱动电路与所述光源连接，第一凸透镜置于所述光源的前方，直角棱镜置于所述第一凸透镜的前方，该直角棱镜的表面镀覆透明生物分子薄膜，其底端镀覆高反射率薄膜；滤光片置于所述直角棱镜的侧面，与直角棱镜平行，并与所述直角棱镜发出光的侧面呈90度夹角，该滤光片的中心波长为860nm；第二凸透镜置于所述滤光片的前方，与上述第一凸镜平行，PIN光探测器置于所述第二凸透镜的前方，该PIN光探测器的响应峰值波长为860nm，微处理器与PIN光探测器连接。

利用本发明装置测量标准水质溶液浊度，并与标准溶液值进行比对，实验数据如下表1所示。

表1标准溶液值与测量结果

从实验数据分析得知，本发明的基于直角棱镜的浊度光学检测装置与HACH公司浊度计测量值相比，能够很容易实现基于90度反射的浊度测量，可用于检测不同水质溶液的浊度。

Claims (3)

1.一种基于直角棱镜的浊度光学检测装置，主要包括光源、第一凸透镜、第二凸透镜、直角棱镜、滤光片、PIN光探测器和微处理器，其特征在于：其光源(2)是中心波长为860nm的LED或LD，光源驱动电路(1)与所述光源(2)连接，第一凸透镜(3)置于所述光源(2)的前方，直角棱镜(4)置于所述第一凸透镜(3)的前方，该直角棱镜表面镀覆透明生物分子薄膜，其底端镀覆高反射率薄膜，滤光片(5)置于所述直角棱镜(4)的光入射侧面的侧边，与直角棱镜(4)光入射侧面平行，并与所述直角棱镜(4)发出光的侧面呈90度夹角，第二凸透镜(6)置于所述滤光片(5)的前方，与上述第一凸镜平行，PIN光探测器(7)置于所述第二凸透镜(6)的前方，微处理器(8)与PIN光探测器(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于直角棱镜的浊度光学检测装置，其特征在于：所述PIN光探测器(7)的响应峰值波长为860nm。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于直角棱镜的浊度光学检测装置，其特征在于：所述滤光片(5)的中心波长为860nm。