CN103454252A - 双光路散射水质浊度测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双光路散射水质浊度测量仪，包括信号处理单元，测量室，测量室内设置有光源，其特征在于，在光源下方设置有半反半透镜，半反半透镜下方设置有准直透镜，测量室内设置有探测器一，光源经半反半透镜反射后被探测器一接收并传送至信号处理单元，光源经半反半透镜透射后经过准直透镜入射到被检测水样中，与平行光垂直的方向上设置有汇聚透镜和探测器二，平行光经被检测水样90°散射后的光线，经汇聚透镜汇聚被探测器二接收并传送至信号处理单元，汇聚透镜和探测器二位于被检测水样内，准直透镜位于被检测水样上方，信号处理单元对接收的信号进行处理，得到被检测水样的浊度值。结构简单，体积小巧，测量精度更高。

Description

双光路散射水质浊度测量仪

技术领域

本发明涉及水质浊度测量仪领域，尤其涉及双光路散射水质浊度测量仪。

背景技术

浊度是水中的不同大小、比重、形状的悬浮物、胶体物质和微生物等杂质对光所产生效应的一种术语。浊度是表示水质重要的物理外观指标之一，随着我们生活水平的提高，水的“浊度”这一名词已越来越广泛地应用于生产科研，而且也越来越走进我们的生活。我国目前大多数使用透射光浊度测量仪，因为国产厂家生产的主要以这种类型为主，而在国际上像英美日等国家，则以散射光浊度测量仪（测90°散射光）居多。一般认为，散射光浊度测量仪从原理上更符合浊度的定义，而且在应用上其对低浊度情况下的测量更加精准，散射光浊度测量仪相对于透射光浊度测量仪更为合理。

随着国家对饮用水水质安全严格法规的建立，准确的测量低浊度水样的系统技术必须逐渐改善。为保证饮用水管网末梢浊度满足2006年颁布《生活饮用水卫生标准GB5749-2006》1NTU以下的要求，水厂出厂水的浊度应控制在0.5NTU左右。很多城市供水企业将出厂水内控指标控制在0.1NTU以下，以保证饮用水的微生物学安全。据不完全统计,我国每年所需工业浊度测量仪总量约1000台左右,目前几乎80%都是采用进口仪器,而国外浊度测量仪价格昂贵，零配件及维修费用昂贵,还存在使用不方便等问题。但是市面上国产浊度测量仪在测量精度和测量效果上，与进口仪器还存在很大差距，很难应用到需要低量程甚至超低量程例如饮用水水质监测上去。现有的采用双光路检测的浊度测量仪，大多数采用分光束或多级透镜组与摆镜式光束分束装置，结构复杂，仪器体积庞大不利于在小型水站的普及。本发明就是在超低量度上弥补国内的缺口，同时本发明自带有GPRS数据传输系统，使小型水电站的建立更加的方便简单。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能符合《生活饮用水卫生标准GB5749-2006》的超低量程水质浊度测量仪，采用双光路散射式测量方法，测量精度更准确，进一步的，在浊度测量仪上设计GPRS模块，方便数据的传输通信，可以方便快捷的进行小型水电站的建设。双光路散射水质浊度测量仪结构简单、精度准确，具有良好的推广前景。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

双光路散射水质浊度测量仪，包括信号处理单元，测量室，测量室内设置有光源，其特征在于，在光源下方设置有一个与光轴成45°的、将光源发出的光分为两束的半反半透镜，半反半透镜下方设置有准直透镜，测量室内设置有探测器一，光源经半反半透镜反射后作为双光路测量中的参考信号被探测器一接收并传送至信号处理单元，光源经半反半透镜透射后再经过准直透镜形成平行光平行入射到被检测水样中，在与平行光垂直的方向上设置有汇聚透镜和探测器二，平行光经被检测水样90°散射后的光线，经汇聚透镜汇聚作为双光路测量中的测量信号被探测器二接收并传送至信号处理单元，汇聚透镜和探测器二位于被检测水样内，准直透镜位于被检测水样上方，信号处理单元对接收的参考信号和测量信号进行处理，得到被检测水样的浊度值。

水质浊度测量仪整体结构比较精简，在光路设计上采用双光路散射式测量方法，引入参考光信号，可为光源衰减补偿，增加定标后的有效工作时间，减少定标维护工作量。不同粒径的颗粒对光的散射是不同的，而只有与入射光中心线成直角（90°）的散射光强度对于不同粒径的颗粒是相同的，而且散射光强度与浊度值成线性关系。所以本专利采用90°散射光强作为信号光强，与参考光强进行比较，通过浊度值与散射光强的线性关系得出浊度值。信号处理单元对接收的参考信号和测量信号进行处理，使测量精度更加准确。本发明采用独到的半反半透镜的设计，结构简单，仪器体积小巧，同时又能达到很高的测量精度，可以广泛应用在水站的饮用水浊度检测。

进一步的，还包括除气泡装置，所述除气泡装置包括若干个折流板，被检测水样流经除气泡装置后进入测量室。具有除气泡装置的浊度测量仪可以有效减少水中气泡对于结果的干扰，测量稳定准确，适合在低浊度、超低浊度水的精确测量。

进一步的，还包括与信号处理单元相连的GPRS模块，通过串口与信号处理单元通信，使用AT指令集作为GPRS模块的通信协议。所述GPRS模块可以对户外监控对象进行实时检测，随时随地将被检测水样的浊度值传输到监控中心，可以监控到通信网络所到达的任何地方。为用户提供方便、稳定、高速的数据传输。应用于小型水站建设中，简单方便，尤其是对于农村饮用水的浊度检测，具有相当大的优势。

进一步的，在探测器二的上端设置有用于阻挡光源直射光对探测器二接收测量信号干扰的挡板。主要是阻挡住光源的直接出射光线，减少其他光线对于散射光线接收的影响。

进一步的，所述光源发出的光波长在400～600nm之间。采用短波长的光，对于小颗粒的散射更为敏感。

本发明的有益效果是：本发明采用独到的半反半透镜的设计，结构简单，仪器体积小巧，同时又能达到很高的测量精度，可以广泛应用在水站的饮用水浊度检测。尤其适合在低浊度、超低浊度水的精确测量。自带GPRS数据传输模块，能够快速准确的将测量结果实时传输，而不需要单独建造传输设备，只需要应用现有的GPRS网络就可以实现。

附图说明

图1为本发明双光路散射水质浊度测量仪的侧面示意图；

图2为本发明双光路散射水质浊度测量仪的的俯视图；

图3为系统的整体结构简易示意图；

图4为GPRS模块通信电路的一个实施方案；

图5为系统软件流程图；

附图的标记含义如下：

1：测量室；2：汇聚透镜；3：探测器二；4：挡板；5：准直透镜；6：光源；7：除气泡装置；8：控制单元；9：信号处理单元；10：入水管道；11：入水阀门；12：出水阀门；13：半反半透镜；14：探测器一；15：水位线；16：溢水口。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，双光路散射水质浊度测量仪，包括信号处理单元9，测量室1，测量室1内设置有光源6，图中是LED光源6，优选光源6发出的光波长在400～600nm之间，采用短波长的光，对于小颗粒的散射更为敏感。在光源6下方设置有一个与光轴成45°的半反半透镜13，半反半透镜13下方设置有准直透镜5，测量室1内设置有探测器一14，半反半透镜13将光源6所发出的光分为两束，光源6经半反半透镜13反射后作为双光路测量中的参考信号被探测器一14接收并传送至信号处理单元8，光源6经半反半透镜13透射后再经过准直透镜5形成平行光平行入射到被检测水样中。根据散射光理论，不同粒径的颗粒对光的散射是不同的，而只有与入射光中心线成直角（90°）的散射光强度对于不同粒径的颗粒是相同的，而且散射光强度与浊度值成线性关系。所以本专利采用90°散射光强作为信号光强，与参考光强进行比较，通过浊度值与散射光强的线性关系得出浊度值。在与平行光垂直的方向上设置有汇聚透镜2和探测器二3，平行光经被检测水样90°散射后的光线，经汇聚透镜2汇聚作为双光路测量中的测量信号被探测器二3接收并传送至信号处理单元8。汇聚透镜2和探测器二3位于被检测水样内，准直透镜5位于被检测水样上方，信号处理单元8对接收的参考信号和测量信号进行比较、处理，得到被检测水样的浊度值。由于探测器一14和探测器二3接收到的信号比较弱，因此可以先将探测器一14和探测器二3接收到的信号经过控制单元8放大处理后传送给信号处理单元8处理，另外控制单元8还控制着电源的发射。图2是其俯视图。在光路设计上采用双光路散射式测量方法，使测量精度更加准确。本发明采用独到的半反半透镜13的设计，结构简单，仪器体积小巧，同时又能达到很高的测量精度，可以广泛应用在水站的饮用水浊度检测。

进一步的，双光路散射水质浊度测量仪，还包括除气泡装置7，除气泡装置7包括若干个折流板，测量时，被检测水样通过入水阀门11经过入水管道10进入到除气泡装置7，流经除气泡装置7后水流可以让气泡附着在折流板的表面上，或者上升到水面，进入空气中。具有除气泡装置7的浊度测量仪可以有效减少水中气泡对于结果的干扰，测量稳定准确，适合在低浊度、超低浊度水的精确测量。经过除气泡装置7以后，被检测水样流入测量室1。相对应的，在测量室1的一侧设置有可控制被检测水样水位高度的溢水口16，可以控制测量室1中的被检测水样水位高度恒定在如图所示15的位置，使之没过汇聚透镜2和探测器二3，但不会将准直透镜5淹没，以保证探测器一14接收到的就是参考光线，不会有散射光线进入，同时探测器二3接收到的是经过被检测水样散射的光线。优选在探测器二3的上端设置有用于阻挡光源6直射光对探测器二3接收测量信号干扰的挡板4。进一步提高测量精度。同时该发明还设有出水阀门12，当测量结束时可以将测量小室1中的水排掉。

进一步的，双光路散射水质浊度测量仪，还包括与信号处理单元8相连的GPRS模块9。信号处理单元8可以是单片机，GPRS模块通过串口与单片机相连，使用AT指令集作为GPRS模块的通信协议。GPRS模块可以对户外监控对象进行实时检测，随时随地将被检测水样的浊度值传输到监控中心，可以监控到通信网络所到达的任何地方。为用户提供方便、稳定、高速的数据传输。应用于小型水站建设中，简单方便，尤其是对于农村饮用水的浊度检测，具有相当大的优势。

如图3所示，是系统的概述原理图。通过单片机利用脉冲波控制光源的发射，双光路两个探测器所采集到的电信号经过滤波放大处理后进入到单片机。所采集到的信号在单片机中进行计算处理，通过出厂前定标的浊度值与光强信号的线性关系，计算出被测水样的浊度值。单片机最后将测量结果发送至GPRS模块，启动GPRS模块接入internet最终将测量结果发送至监控中心。图4是GPRS模块通信电路的其中一个方案，采用12C5A60S2单片机和SIM300无线通信模块构成数据采集终端。图5为该系统的软件流程图。通过单片机控制处理，实现浊度值的实时测量和传输。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.双光路散射水质浊度测量仪，包括信号处理单元，测量室，测量室内设置有光源，其特征在于，在光源下方设置有一个与光轴成45°的、将光源发出的光分为两束的半反半透镜，半反半透镜下方设置有准直透镜，测量室内设置有探测器一，光源经半反半透镜反射后作为双光路测量中的参考信号被探测器一接收并传送至信号处理单元，光源经半反半透镜透射后再经过准直透镜形成平行光平行入射到被检测水样中，在与平行光垂直的方向上设置有汇聚透镜和探测器二，平行光经被检测水样90°散射后的光线，经汇聚透镜汇聚作为双光路测量中的测量信号被探测器二接收并传送至信号处理单元，汇聚透镜和探测器二位于被检测水样内，准直透镜位于被检测水样上方，信号处理单元对接收的参考信号和测量信号进行处理，得到被检测水样的浊度值。

2.根据权利要求1所述的双光路散射水质浊度测量仪，其特征在于，还包括除气泡装置，所述除气泡装置包括若干个折流板，被检测水样流经除气泡装置后进入测量室。

3.根据权利要求1所述的双光路散射水质浊度测量仪，其特征在于，还包括与信号处理单元相连的GPRS模块，所述GPRS模块将被检测水样的浊度值实时传输出去。

4.根据权利要求2所述的双光路散射水质浊度测量仪，其特征在于，在探测器二的上端设置有用于阻挡光源直射光对探测器二接收测量信号干扰的挡板。

5.根据权利要求2所述的双光路散射水质浊度测量仪，其特征在于，在测量室的一侧设置有可控制被检测水样水位高度的溢水口。

6.根据权利要求5所述的双光路散射水质浊度测量仪，其特征在于，在测量室外部设置有入水管道和入水阀门，被检测水样通过入水阀门经过入水管道进入到除气泡装置。

7.根据权利要求1所述的双光路散射水质浊度测量仪，其特征在于，还设置有控制单元，所述控制单元用于控制电源的发射并将探测器一、探测器二接收到的信号放大处理后传送给信号处理单元处理。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的双光路散射水质浊度测量仪，其特征在于，所述光源发出的光波长在400～600nm之间。

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