CN1070266A - 双光束补偿浊度仪 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用光学手段分析监测液体质量 的双光束补偿浊度仪，主要特点是用以把单束光分解 成两束光的光束分束装置是一种光调制器，其由驱动 马达带动旋转的光调制盘以与光轴呈45度方向设 置在光路中，用以调节参考光束量的光束线性衰减器 是一种机械式光束调隙机械，其由步进电机带动刀片 作相对位移，刀口横截面以与光轴呈90度方向并同 轴地设置在光路中。本发明特别适用于对自来水、啤 酒、饮料等液体产品的在线测量。

Description

本发明涉及仪器，是一种利用光学手段分析监测液体质量的浊度仪。

液体的混浊度是判别液体质量的重要指标。如，直接关系到人民身体健康的自来水，判断水质好坏的重要指标之一是浊度，我国对此要求达到0.1-0.2度;日本要求小于2度;美国标准要求小于1JTU;欧共体要求小于1mg/L。浊度指标同样也是啤酒、饮料、酒类制品质量的最主要指标之一。当前，在工业生产中用以测量液体浊度的较为先进的在线测量仪器是散射式浊度仪，并采用福尔马啶（甲

）浊度标准液定标。瑞士SIGRIST公司的双光束补偿浊度仪，在性能上具有较高的水平，它包括双光路光学系统、具有人射和测量四个窗口的液料槽、光电接收器、由微机控制的反馈、处理及显示装置等部件，其双光路光学系统是，由灯源发出的可见光经透镜组、反射镜组及摆镜式光束分束装置把单束入射光束分解成两束光，两束光中其一路光束为参考光束，从摆镜发出的此路光束再由反射镜反射至具有转镜的光束线性衰减器，并进一步经标准浊度板、反射镜及透镜后射向液料槽;另一路为测量光束，它从摆镜发出经反射镜及一组透镜组后传送至液料槽。测量光束和参考光束在液料槽前几成平行光束，但进入液料槽时从两互成直角的窗口射入，参考光束在槽内被散射后从液料槽之测量窗口通过并到达光电接收器，测量光束在液料槽内作90度散射后也到达接收器，当两束散射光光强相等时，接收器将输出稳定的直流电平，若不等，则输出呈脉动状的直流电平，经放大、处理、反馈调节光学线性衰减器，可使脉动消失，生成稳定的直流电平，此时，经过浊度板的参考光束的前向散射量可取代测量光束的90度散射量，此刻，浊度板的额定值和线性衰减器的线性衰减率的积即为该液料的浊度值，并由显示器显示出来。这种结构的浊度仪，因可调整使测量光束和参考光束在液料槽内有相同的光强，因此能自动消除液料色度、液料槽窗口污染及光源光量变动等给测量结果带来的不利影响。该仪器的性能达到：示值误差为±5%F.S，重复性0.2-1%F.S，允许流速0.2-2L/mim，但该仪器的光路极为复杂，机械结构精度要求高，结构上抗震能力差，长期在线使用导致仪器稳定性差。如，该仪器的光学系统中为获得两束几成平行的光束，必须把灯源发出的光经六次反射，则在该仪器的光路中具有多块反射镜，装配工艺要求较高，并且，抗震性不好，影响仪器的稳定性;把单束光源分解成两束光的光学器件是一种以每秒钟600次速度摆动的摆镜，并且其摆动范围必须控制在7度内，这种摆镜的机械精度相当高，在线使用时稍有误差即发生光束偏离，调整相当困难;再如，本仪器中的光束线性衰减器是由受微机控制的转镜及一组光学透镜构成，当调整转镜的倾斜角度时即调整通往透镜组的光通量，使这一路参考光束到达液料槽的光强与测量光束的光强相等，在控制系统中则反映出接收器中输出稳定的直流电平。如此所说的光束线性衰减器，是一种采用多次反射系统加转镜的办法对参考光束强作线性衰减的控制方法，对转镜的定位精度要求相当高，并且必须加宽转动的线性角范围，这将伴随带来象点的移动和光学系统结构上的松散，对装校也带来一定困难;加之该仪器在在线测量中连续运转的工作方式，使得高速摆动的摆镜及转动的转镜机械磨损加快，影响仪器的精度和使用寿命。

本发明的目的是为了提供一种光路简单，结构紧凑可靠、装校方便、反馈调整精确，适合于在线监测液体介质混浊度的双光束补偿浊度仪。

为实现上述目的，本发明对双光路光学系统中设置的把单光束分解为双光束的光束分束装置和由微机控制调节其中一束参考光束光量的光束线性衰减器作了新的设计，光束分束装置采用光调制器，光束线性衰减器采用机械式光束调隙机构。则本发明浊度仪的光路为：由螺旋形灯丝白炽灯发出的可见光经滤色透镜组后成为宽带准单色光，此一束准单色光成象在转动的光调制盘上后透、反成两束光，透过此光调制盘的一束光为测量光束，经透镜、零校板后通往液料槽并发生90度散射，此散射光则通过液料槽的测量窗口由光电接收器接收并转换成电信号;从光调制盘上反射的一束光为参考光束，经反射镜后以与测量光束相平行的光路通往光束线性衰减器，再经标准浊度板和透镜、反射镜后垂直折向液料槽并发生散射，此散射光通过同一液料槽测量窗口、由同一接收器接收并转换成电信号。当接收器接收的两束散射光光强相同时，接收器输出稳定的直流电平，若不等，则微机控制系统将调整光束线性衰减器，使两束散射光光强达到相同，并同时测得参考光束光强的衰减百分数，并显示出被测液体的浊度（衰减百分数乘以标准浊度板名义值即为浊度）。

上述光调制器由具有透、反功能的光调制盘和驱动马达构成，光调制盘固装在驱动马达的主轴上。则驱动马达能驱使光调制盘作转动。该光调制器的光调制盘以与光轴呈45度方向设置在光路中。

上述机械式光束调隙机构包括支架，步进电机，螺杆螺母调节付、一付刀架、一付刀片及光栏。光栏设置在光束入射口一侧的支架上，靠近此光栏处为一付能相对移动的刀片，一付刀片装在与调节螺母相固连的刀架上，与调节螺母相啮合的双头螺杆则与步进电机的主轴相连接。则控制步进电机之正反转能使调节螺母带动刀片作相对位移，达到调节刀口间距，也即调节刀口光通量的目的。

由上可见本发明的优点是，用一件呈转动并具有透、反作用的光调制器可简化为达到由单束光转换为两束平行光而必须的光路，特别是可减少仪器中的反射次数和避免了由于摆镜高速摆动而带来的诸如制造精度及装校要求高，调整困难，稳定性差，寿命相对较低一系列缺陷。机械式光束调隙机构的光束线性衰减器其调控稳定、线性好，微机控制系统只要调控步进电机的前进、后退步数，即能精确地线性调控通过刀口即到达液料槽的光路，不会引入诸如由于偏角转镜带来的类似额外误差，并且这种衰减器结构简单，加工装校都比较方便。

本发明的实施例如附图所示，以下结合附图对本发明作进一步说明：

附图说明：

图1为本发明的光学系统图。

图2为本发明实施例中所用的一种光束分束装置的结构剖视图。

图3为本发明实施例中所用的另一种光束分束装置的结构剖视图。

图4为本发明实施例中所用的一种光束线性衰减器的结构剖视图。

由图1见，本发明浊度仪的光学系统中含有灯源1、宽带滤光片2、光束分束装置3、光束线性衰减器15、标准浊度板17、满校和零校装置5、透镜及反射镜组、液料槽22及光电接收器12。由图2见，本实施例中的光束分束装置3是一种由驱动马达带动的光调制器，光调制盘23固装在驱动马达24的主轴上。图3示出了另一种光调制器，它由光调制盘23、盘座25、传动齿轮27、28和驱动马达24构成，光学调制盘23固装在盘座25的转轴26上，转轴26的另一轴端装有齿轮27，该齿轮27与设置在驱动马达24主轴端的齿轮28相啮合，则驱动马达24的转动就带动光调制盘23作转动。该光调制器3的光调制盘23以与光轴呈45度方向并偏心地设置在光路中。

由图3见，本实施例中的光束线性衰减器15是一种机械式光束调隙机械，包括步进电机29、双头螺杆30、调节螺母31、37、一付刀架32、36，一付刀片33、35，光栏34及支架38。步进电机39固定在支架38上后其主轴通过联轴器与双头螺杆30相连接，在此双头螺杆30上的正、反螺牙上分别啮合有两只调节螺母31、37，装有刀片33、35的刀架32、36分别固装在螺母31和37上，刀片33、35外侧的支架38上设置一光栏34。如此所说的衰减器，当步进电机受微机控制而作步进工作时，由螺杆30和螺母31、37构成的调节付即带动刀片33和35作相对移位，即可调节经光栏进入刀片33、35构成的刀口处入射光束的光量。该衰减器15的刀口横截面以与光轴呈90度方向设置在光路中。

再见图1，本实施例的光源是采用仪器用微型螺旋形灯丝白炽灯，由光源产生的可见光经滤色片2滤色后成宽带准单色光，此准单色光入射至光束分束装置3中的光调制盘23上分成两束光，一束为透过光调制盘23的测量光束，它经透镜4、零校板5、透镜6后经液料槽22的窗口7射入液料槽22，液料槽22中通有流动的液体，则该测量光束在液料槽22中被液体所散射，90度的散射光透过窗口8及透镜9、反射镜10、透镜11后入射至光电接收器12上，把光量转换成电量;另一束为从光调制盘23上反射出的参考光束，它经透镜13、反射镜14后成一与测量光束呈平行的光束，该参考光束射入光束线性衰减器15、透镜16、标准浊度板17、透镜18、反射镜19、透镜20后经液料槽22的窗口21射入液料槽22，该参考光束也被液体作散射，散射光通过窗口8及透镜9、反射镜10、透镜11后入射至光接收器12上，把光量转换成电量，当参考光束的光强与测量光束的光强相等时，接收器输出稳定的直流电平，若不等，则微机控制系统将启动光束线性衰减器中的步进电机而调整经过该衰减器的参考光束的光强，使两束散射光光强达到相同，即可根据此调整量测得参考光束光强的衰减百分数，从而换算并显示出被测液体的浊度。

Claims (4)

1、一种用于监测液体混浊程度的双光束补偿浊度仪，包括双光路光学系统、具有入射及测量窗口的液料槽、光电接收器、由微机控制的反馈、处理及显示装置等部件；双光路光学系统中设置有把单光束分解为双光束的光束分束装置和由微机控制调节，其中一路参考光束光量的光束线性衰减器，其特征在于，

(1)所说光束分束装置3是一种光调制器，由光调制盘23和驱动马达24构成；光调制盘23固装在驱动马达24的主轴上，

(2)所说的光束线性衰减器15是一种机械光束调隙机构，包括支架38、步进电机29、螺杆螺母调节付30、31、37、一付刀架32、36、一付刀片33、35及光栏34；光栏34设置在光束入射口一侧的支架38上，刀片33、35装在与调节螺31、37相固连的刀架32、36上，与调节螺母31、37相啮合的双光螺杆30则与步进电机29的主轴相连接。

2、根据权利要求1所述的双光束补偿浊度仪，其特征是光调制盘23固装在盘座25的转轴26上，转轴26的另一轴端装有齿轮27，该齿轮27与设置在驱动马达24主轴端的齿轮28相啮合。

3、根据权利要求1或2所述的双光束补偿浊度仪，其特征是所说的光调制器3的光调制盘23以与光轴呈45度方向设置在光路中。

4、根据权利要求1所述的双光束补偿浊度仪，其特征是所说光束线性衰减器15的刀口横截面以与光轴呈90度方向并同轴地设置在光路中。

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