CN103940707A - 一种不溶性颗粒计数方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不溶性颗粒计数方法，首先，将用于检测不溶性颗粒的传感器所输出光电流信号处理为对应于不同的不溶性颗粒的电压脉冲信号；然后，对各脉冲进行积分计算，得到各脉冲的面积；最后，分别对各脉冲的积分计算结果进行统计计数。一种不溶性颗粒计数装置，其包括检测不溶性颗粒的传感器、与传感器的输出端相连接的信号处理电路、与信号处理电路相连接的MCU信号甄别及计数电路。本发明的不溶性颗粒计数方法及装置通过进行积分得到脉冲的面积而区分不同粒径的颗粒，提高了分辨率，简化了电路，提高了检测精度及灵敏度。

Description

一种不溶性颗粒计数方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于对传感器所检测的不溶性颗粒按照不同粒径进行计数的方法以及装置。

背景技术

传统的不溶性颗粒计数装置如附图1所示，其包括检测不溶性颗粒的传感器101、与传感器101相连接的信号处理电路102、与信号处理电路102的输出端相连接的计数模块105以及与计数模块相连接的MCU104。

该不溶性颗粒计数装置采用电压比较方式工作。首先，传感器101所输出的光电流信号经信号处理电路102的放大和滤波而转换为电压信号，该电压信号由若干具有不同幅度和脉宽的脉冲组成，每个脉冲对应于一个不溶性颗粒。然后电压信号输入到计数模块105中。计数模块105中包括若干路并联的单通道的计数系统103，每路计数系统103如附图2所示，包括具有两个输入端的比较器201、向比较器201的一个输入端输入预设的一个与一定颗粒粒径所对应的参考电压的DAC203以及一个计数电路202。比较器201的另一个输入端则输入信号处理电路102所输出的电压信号，而参考电压来源于MCU104。

如附图3所示，当输入的电压信号中的脉冲303、304的幅度大于所设置的参考电压301或302时，比较器201输出高电平信号而转化为数字脉冲信号305、306，数字脉冲信号至计数电路202中进行计数，从而实现对不同粒径、不同体积的不溶性颗粒的计数，而计数的结果也输入至MCU104中。MCU104可以采用DSP、ARM等嵌入式器件，可以实现对计数模块105的计数数值的扫描、计算、保存、传输和显示等功能，同时可以将用于预设的颗粒粒径通过运算转换为相应的电压值并传送至DAC203中，实现各路计数系统中粒径的设置。

这种装置在进行多通道检测、以实现不同粒径的颗粒的同步计数时，各路计数系统中预设的粒径不可更改，一方面需要多路计数系统103(即多套比较器201、计数器202和DAC203)，大大增加了电路芯片的个数，降低了电路的抗干扰能力，增大了电路PCB面积耗电量较大，对MCU104的端口数量和速度要求较高，另一方面需要多个预设的参考电压，使得测试使用过程繁琐，最终不利于装置的微型化、智能化。另外，仅仅利用不溶性颗粒所产生的脉冲幅度的不同甄别粒径，而忽视了不溶性颗粒产生的脉冲宽度，大大降低了一起的分辨率和灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高分辨率和灵敏度的不溶性颗粒计数方法以及利用该技术方法的能够简化电路结构、测试使用便捷的不溶性颗粒计数装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种不溶性颗粒计数方法，首先，将用于检测不溶性颗粒的传感器所输出光电流信号处理为对应于不同的不溶性颗粒的电压脉冲信号，所述的电压脉冲信号中每个脉冲的幅度和脉宽均与其所对应的不溶性颗粒的粒径相关；然后，对各脉冲进行积分计算，得到各脉冲的面积，各脉冲的面积与其所对应的不溶性颗粒的粒径相关；最后，分别对各脉冲的积分计算结果进行统计计数，以实现对不同粒径的不溶性颗粒的计数。

优选的，对所述的传感器所输出的光电流信号的处理包括放大以及滤波。

优选的，所述的电压脉冲信号经采样并转换为数字信号后，在进行所述的积分计算。

一种不溶性颗粒计数装置，其包括检测不溶性颗粒的传感器、与所述的传感器的输出端相连接并用于将所述的传感器所输出光电流信号处理为对应于不同的不溶性颗粒的电压脉冲信号的信号处理电路、与所述的信号处理电路相连接并用于对所述的电压脉冲信号中的各脉冲进行积分计算以及对积分计算结果进行统计计数的MCU信号甄别及计数电路。

优选的，所述的信号处理电路的输出端经信号隔离电路而与ADC采样电路的输入端相连接，所述的ADC采样电路的输出端与所述的MCU信号甄别及计数电路的输入端相连接。

优选的，所述的MCU信号甄别及计数电路的输出端连接有显示统计计数结果的显示屏。

优选的，所述的信号处理电路包括依次相连的放大电路、滤波电路及二次放大电路。

优选的，所述的信号隔离电路电压跟随器或光电隔离器件。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明的不溶性颗粒计数方法综合利用不溶性颗粒经过检测区域的所产生的脉冲幅度及脉冲宽度的不同，通过进行积分得到脉冲的面积，从而区分不同粒径的颗粒，达到甄别粒径并实现计数的目的，提高了系统的分辨率。

2、本发明的不溶性颗粒计数装置摈弃传统的电压比较做法，简化了电路设计，减小了电路的大小，提高了检测精度及灵敏度，综合性能得到提高，对提高系统的稳定性、可靠性及抗干扰性提供了有力的保证。

附图说明

附图1为现有的不溶性颗粒计数装置的原理框图。

附图2为现有的不溶性颗粒计数装置中的计数系统的原理框图。

附图3为现有的不溶性颗粒计数装置的信号转变图。

附图4为本发明的不溶性颗粒计数装置的原理框图。

附图5为本发明的不溶性颗粒计数装置的信号转变图。

附图6为本发明的不溶性颗粒计数装置的信号采样示意图。

以上附图中：101、传感器；102、信号处理电路；103、计数系统；104、MCU；105、计数模块；

201、比较器；202、计数电路；203、DAC；

301、参考电压；302、参考电压；303、电压信号中的脉冲；304、电压信号中的脉冲；305、数字脉冲信号；306、数字脉冲信号；

401、传感器；402、信号处理电路；403、信号隔离电路；404、ADC采样电路；405、MCU信号甄别及计数电路；406、显示屏；

501、半导体激光器；502、不溶性颗粒；503、不溶性颗粒；504、电路部分；505、光电二极管；506、电压脉冲；507、电压脉冲；

601、电压脉冲；602、电压脉冲；603、数字脉冲信号；604、数字脉冲信号。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：参见附图4所示。一种不溶性颗粒计数装置，其包括传感器401、与传感器401的输出端相连接的信号处理电路402、与信号处理电路402的输出端相连接的信号隔离电路403、与信号隔离电路403的输出端相连接的ADC采样电路404、与ADC采样电路404的输出端相连接的MCU信号甄别及计数电路405。

传感器401如附图5中所示，它是基于光阻原理工作，由半导体激光器501、光学透镜组、样品池及光电二极管505等组成，其利用半导体激光器501将经过样品池的不溶性颗粒502、503的不同颗粒粒径大小转换为对应的微弱电流信号。

设传感器401的样品池的检测区域长度为L，不溶性颗粒半径为R，不溶性颗粒的运动速度为V，那么不溶性颗粒经过传感器401输出的信号幅度，即输出的光电流的大小I可通过计算得到：

I＝πR²*ρ

其中ρ为半导体激光器501的光密度。

由此可见，传感器401所输出的光电流信号幅度与不溶性颗粒的粒径平方成正比。

此外，不溶性颗粒经过传感器401输出光电流信号的宽度，即不溶性颗粒经过传感器401的检测区域的时间T也可通过公式计算：

$T=\frac{L+2R}{V}$

由此可见传感器401输出的光电流信号宽度与不溶性颗粒的半径、传感器401的检测区域的长度成正比，与不溶性颗粒的运动速度成反比。

信号处理电路402包括前置放大电路、滤波电路及二次放大电路，其用于将传感器401所输出光电流信号处理，包括放大、滤波以及二次放大，以得到与不同颗粒粒径相对应的幅度与脉宽不同的脉冲信号。信号隔离电路403为由电压跟随器或光电隔离器件组成的数、模隔离电路，其用于隔离数字电路与模拟电路之间的干扰，增强并维持信号的幅度，以增强其驱动能力，电压跟随器用于增强后续信号的驱动能力，否则将会产生信号的震荡等不稳定现象。信号处理电路402和信号隔离电路403共同构成电路部分504以获得对应于不同的不溶性颗粒的电压脉冲信号，该电压脉冲信号中包括不溶性颗粒502所对应的电压脉冲506以及不溶性颗粒503所所对应的电压脉冲507。电压脉冲506、507的幅度与其所对应的不溶性颗粒502、503的粒径的平方成正比，电压脉冲506、507的脉宽与不溶性颗粒502、503的粒径成正比。

电压脉冲信号在高精度、快速的ADC采样电路404中被采样，如附图6所示。电压脉冲601、603采样获得的数字脉冲信号602、604。

MCU信号甄别及计数电路405包括MCU芯片及其附属电路。采样后的数字脉冲信号送入MCU信号甄别及计数电路405中对各脉冲进行积分计算以及对积分计算结果进行统计计数。MCU信号甄别及计数电路405还连接有显示统计计数结果的显示屏406。

上述不溶性颗粒计数装置所采用的技术方法为：首先，将用于检测不溶性颗粒的传感器401所输出光电流信号经放大及滤波处理为对应于不同的不溶性颗粒的电压脉冲信号，电压脉冲信号中每个脉冲的幅度和脉宽均与其所对应的不溶性颗粒的粒径相关；然后，对各脉冲进行积分计算，得到各脉冲的面积，各脉冲的面积与其所对应的不溶性颗粒的粒径相关；最后，分别对各脉冲的积分计算结果进行统计计数，以实现对不同粒径的不溶性颗粒的计数。

具体的，包含电压脉冲601、603的电压脉冲信号经采样为数字脉冲信号602、604后送入MCU信号甄别及计数电路405中，首先进行积分计算得到脉冲面积：

$G_1={\∫}_0^{t_1}{V}_1{d}_t={\∫}_0^{t_1}\mathrm{\β\ρ}{S}_1{d}_t={\∫}_0^{t_1}\mathrm{\β\ρ\π}{R}_1^2{d}_t$

$G_2={\∫}_0^{t_2}{V}_2{d}_t={\∫}_0^{t_2}\mathrm{\β\ρ}{S}_2{d}_t={\∫}_0^{t_2}\mathrm{\β\ρ\π}{R}_2^2{d}_t$

其中，G₁、G₂分别为电压脉冲601、603的积分值；V₁、V₂分别为电压脉冲601、603的采样得到的某时刻的电压值，该电压值的大小取决于不溶性颗粒挡光量的多少，即与不溶性颗粒的粒径直接相关；t₁、t₂分别为电压脉冲601、603的脉宽；β为信号处理电路402的放大倍数等相关参数；ρ为检测用的半导体激光器501的光密度；S₁、S₂分别为电压脉冲601、603所对应的不溶性颗粒进入传感器401检测区的表面积，即不溶性颗粒阻挡光的面积；R₁、R₂分别为电压脉冲601、603所对应的不溶性颗粒的半径。G₁、G₂的值综合考虑了不溶性颗粒粒径对信号幅度及脉宽的影响。

在进行上述积分计算后，MCU信号甄别及计数电路405再对不同的积分结果，即不同的脉冲面积进行统计计数，以最终获得所对应的不同粒径的不溶性颗粒的计数，达到识别颗粒粒径大小，同时进行不同粒径个数的计数的的目的。

上述计数装置的分辨率由ADC采样电路404的精度及采样速度决定，其采用完全数字化的单片设计，摈弃了参考电压的预设，消除了多个DAC芯片之间的误差带来的影响，缩减了电路芯片个数及电路PCB板面积，提高系统的可靠性及稳定性，为系统的微型化、便携化奠定基础。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种不溶性颗粒计数方法，其特征在于：首先，将用于检测不溶性颗粒的传感器所输出光电流信号处理为对应于不同的不溶性颗粒的电压脉冲信号，所述的电压脉冲信号中每个脉冲的幅度和脉宽均与其所对应的不溶性颗粒的粒径相关；然后，对各脉冲进行积分计算，得到各脉冲的面积，各脉冲的面积与其所对应的不溶性颗粒的粒径相关；最后，分别对各脉冲的积分计算结果进行统计计数，以实现对不同粒径的不溶性颗粒的计数。

2.根据权利要求1所述的不溶性颗粒计数方法，其特征在于：对所述的传感器所输出的光电流信号的处理包括放大以及滤波。

3.根据权利要求1或2所述的不溶性颗粒计数方法，其特征在于：所述的电压脉冲信号经采样并转换为数字信号后，在进行所述的积分计算。

4.一种不溶性颗粒计数装置，其特征在于：其包括检测不溶性颗粒的传感器、与所述的传感器的输出端相连接并用于将所述的传感器所输出光电流信号处理为对应于不同的不溶性颗粒的电压脉冲信号的信号处理电路、与所述的信号处理电路相连接并用于对所述的电压脉冲信号中的各脉冲进行积分计算以及对积分计算结果进行统计计数的MCU信号甄别及计数电路。

5.根据权利要求4所述的不溶性颗粒计数装置，其特征在于：所述的信号处理电路的输出端经信号隔离电路而与ADC采样电路的输入端相连接，所述的ADC采样电路的输出端与所述的MCU信号甄别及计数电路的输入端相连接。

6.根据权利要求4或5所述的不溶性颗粒计数装置，其特征在于：所述的MCU信号甄别及计数电路的输出端连接有显示统计计数结果的显示屏。

7.根据权利要求4或5所述的不溶性颗粒计数装置，其特征在于：所述的信号处理电路包括依次相连的放大电路、滤波电路及二次放大电路。

8.根据权利要求5所述的不溶性颗粒计数装置，其特征在于：所述的信号隔离电路电压跟随器或光电隔离器件。