CN107084967A - 一种水中溶解氧测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水中溶解氧测量仪，包括壳体、主板、LED蓝光灯、LED红光灯，荧光膜以及光线接收器；所述主板设在壳体内，并布置有驱动电路、DSP芯片和主控芯片；所述LED蓝光灯、LED红光灯设在壳体内并对称固定在主板的一端部两侧且连接所述驱动电路，且LED蓝光灯、LED红光灯的光线交汇点落在对称轴上；所述荧光膜垂直设置在该对称轴上并安装于所述壳体的端部，所述光线接收器设置在壳体内并依次连接所述DSP芯片和主控芯片。本发明不仅能激发红光与补偿红光的相位差，还可通过主CPU根据该相位差，结合大气压，盐度，温度参数，最终计算出溶解氧浓度。
Description
技术领域
本发明涉及一种水中溶解氧测量装置。
背景技术
溶解氧作为一项重要的水质指标，无论在水质评价还是在科学研究中，都具有重要作用。如何准确、连续快速测定溶解氧浓度一直是分析化学的重要课题。
现阶段国内测定水中溶解氧通常采用碘量法及其修正法和膜电极法。碘量法缺点是容易受水中的氧化有机物和硫化物干扰，实验步骤繁琐难以实现在线监测；膜电极法的缺点是要求水体有一定流速，电解液和膜片需要频繁更换和标定致使维护成本高，在线监测性能不稳定。
荧光法溶解氧仪是基于物理学中特定物质对活性荧光的猝熄原理。荧光法测量具有较高的测量精度和抗干扰能力，采用其方法的溶解氧仪具有较好的重复性和稳定性。当前，国内研发荧光法溶解氧仪的厂家很少，并且产品质量都不理想，所以涉及到荧光法溶解氧采购的项目基本上都倚赖于进口品牌。但是由于进口品牌价格昂贵，国内很多用户现在还是在用膜法溶解氧。基于荧光法溶氧仪的诸多优点，很容易受到国内用户的认可，且溶解氧无论是在工业生产、环境监测，还是污水处理上又是一个必不可少的监测参数，所以荧光法溶解氧在国内有很大的市场有待开发，并将对工业生产、环境监测、污水处理等领域起到保驾护航的作用。
于2014.10.15公布的第CN 104101585A号的中国发明公开了一种用于在线溶氧仪的正弦信号相位差测量装置及方法，其装置包括信号驱动模块、荧光膜、荧光接收模块、编解码器和信号处理器，适应于荧光法在线溶氧仪的荧光与激发光相位差的计算。但该装置也只是原理上的测量装置，还未形成一款真正的仪器产品，而且该装置只是算出荧光与激发光的相位差，并不能最终算出水中溶解氧的含量。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种水中溶解氧测量仪，不仅能激发红光与补偿红光的相位差，还可通过主CPU根据该相位差，结合大气压，盐度，温度参数，最终计算出溶解氧浓度。
本发明是这样实现的：一种水中溶解氧测量仪，包括壳体、主板、LED蓝光灯、LED红光灯，荧光膜以及光线接收器；所述主板设在壳体内，并布置有驱动电路、DSP芯片和主控芯片；所述LED蓝光灯、LED红光灯设在壳体内并对称固定在主板的一端部两侧且连接所述驱动电路，且LED蓝光灯、LED红光灯的光线交汇点落在对称轴上；所述荧光膜垂直设置在该对称轴上并安装于所述壳体的端部，所述光线接收器设置在壳体内并依次连接所述主板上的DSP芯片和主控芯片。
进一步的，所述LED蓝光灯前设有460nm滤光片。
进一步的，所述LED红光灯前设有中心孔挡板。
进一步的，所述荧光膜和光线接收器之间的光路上依次设置有透光镜、650nm滤光片以及聚光凸镜。
进一步的，所述壳体还包括传感器主壳、光路固定座和荧光帽，所述光路固定座和所述传感器主壳对接，所述光路固定座的外端具有一透光窗口，所述荧光膜通过所述荧光帽安装在透光窗口上，所述光路固定座上还设有一支架，所述透光镜、650nm滤光片、聚光凸镜以及光线接收器均设在该支架上。从而实现将光路部件集成为一体，便于维护安装，并可以准确的控制光通量。
进一步的，所述主板的一端部具有两支脚和一中心凹口，该两支脚和中心凹口构成U字型结构，所述LED蓝光灯、LED红光灯设在该两支脚的末端，所述650nm滤光片、聚光凸镜以及光线接收器均设在所述中心凹口处，这样使结构更为紧凑，更有利于装置小型化。
进一步的，所述主板还布置有音频电路，所述驱动电路为恒流源驱动电路，所述音频电路分别与所述驱动电路及DSP芯片连接，即可通过DSP芯片控制音频电路发射波形，经过恒流源驱动电路驱动所述LED蓝光灯、LED红光灯闪烁，发出光波。
进一步的，所述光线接收器包括依次连接的硅光电池、I/V转换电路以及放大滤波电路，该放大滤波电路还连接所述音频电路。硅光电池接收闪烁光传回来的波形，经过I/V转换后，再经过后级放大滤波后传给音频电路。
本发明具有如下优点：
1、本发明的水中溶解氧测量仪具有壳体、主板(布置有DSP芯片和主控芯片)、LED蓝光灯、LED红光灯，荧光膜以及光线接收器，测量时可通过DSP芯片根据一定的频率切换LED蓝光灯和LED红光灯的亮暗，光线接收器把收到的光信号转化为AD模拟信号传递给DSP芯片。DSP芯片对收到的模拟信号进行傅里叶变换处理，得到激发红光与补偿红光的相位差，并把得到的相位差传给主CPU，最后由主CPU结合大气压，盐度，温度参数，最终计算出溶解氧浓度。
2、本发明的水中溶解氧测量仪已经形成具体的仪器产品，设置合理，结构紧凑，可长时间在线监测溶解氧，无需更换膜片和电解液，基本免维护，使用成本低；不消耗氧气，没有流速和搅动要求；不受水中各种化合物影响，精度高值稳定。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明水中溶解氧测量仪的装配结构示意图。
图2为本发明水中溶解氧测量仪的原理连接框图。
图3为本发明音频处理LED发射和接收区的电路图。
图4为本发明LED轮回发射区的电路图。
图5为本发明信号处理的电路图。
图6为本发明水中溶解氧测量仪的DSP主控电路原理图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的水中溶解氧测量仪，包括壳体1、主板2、LED蓝光灯3、LED红光灯4，荧光膜5以及光线接收器6；所述主板2设在壳体1内，并布置有驱动电路21、DSP芯片22和主控芯片23；所述LED蓝光灯3、LED红光灯4设在壳体1内并对称固定在主板2的一端部两侧且连接所述驱动电路21，且LED蓝光灯3、LED红光灯4的光线交汇点落在对称轴O上；所述荧光膜5垂直设置在该对称轴O上并安装于所述壳体1的端部，所述光线接收器6设置在壳体1内并依次连接所述主板2上的DSP芯片22和主控芯片23。
所述LED蓝光灯3前设有460nm滤光片32，使460NM的光可以透过滤光片。所述LED红光灯4前设有中心孔挡板42，从而可以将光强调节在合适的范围内。所述荧光膜5和光线接收器6之间的光路上依次设置有透光镜7、650nm滤光片8以及聚光凸镜9。透光镜7既可透光还可防水，650nm滤光片8可有效防止环境光干扰光线接收器6，以保证最终测试出的溶解氧值稳定可靠。
在本发明的一具体实施例中，所述壳体1包括传感器主壳11、光路固定座12和荧光帽13，所述光路固定座12和所述传感器主壳11对接，所述光路固定座12的外端具有一透光窗口(未图示)，所述荧光膜5通过所述荧光帽13安装(如螺纹连接)在透光窗口上，所述光路固定座12上还设有一支架122，所述透光镜7、650nm滤光片8、聚光凸镜9以及光线接收器6均设在该支架上。从而实现将光路部件集成为一体，便于维护安装，并可以准确的控制光通量。
所述主板2的一端部具有两支脚25和一中心凹口26，该两支脚25和中心凹口26构成U字型结构，所述LED蓝光灯3、LED红光灯4设在该两支脚25的末端，所述650nm滤光片8、聚光凸镜9以及光线接收器6均设在所述中心凹口26处，这样使结构更为紧凑，更有利于装置小型化。
如图3和图4所示，所述主板2还布置有音频电路27，所述驱动电路21为恒流源驱动电路，所述音频电路27分别与所述驱动电路21及DSP芯片22连接，即可通过DSP芯片22控制音频电路27发射波形，经过恒流源驱动电路驱动所述LED蓝光灯2、LED红光灯3闪烁，发出光波。
如图5所示，所述光线接收器6包括硅光电池61、I/V转换电路62以及放大滤波电路63，该放大滤波电路63还连接所述音频电路27。硅光电池61接收闪烁光传回来的波形，经过I/V转换电路62的I/V转换后，再经过后级放大滤波电路63放大滤波后传给音频电路27。
再如图6所示，DSP芯片22控制音频电路27发射波形，控制所述LED蓝光灯3、LED红光灯4闪烁，先点亮LED红光灯4，发出650nm波段的补偿红光，红光经过荧光膜片5反射回来后，使用硅光电池61接收反射光并把转换后的电流转换成电压发给送DSP芯片，然后点亮LED蓝光灯3，当LED蓝光灯3点亮时光线穿过滤光片使460nm波段的蓝光照射到荧光膜片5后，荧光物质受到激发后产生红光，使用硅光电池61接收反射光并把转换后的电流转换成电压发给送DSP芯片；如此周而复始闪亮LED蓝光灯3、LED红光灯4；DSP芯片22实时接收光强的变化，每个周期DSP芯片22采集不同时刻反射回来的两束红光(即激发红光和补偿红光)的正弦波形，使用带滤波机制的傅里叶算法和加权求均值算法，得到两束光的波形的相位差，并由主控芯片23通过相位差再结合大气压，盐度，温度参数，最后计算出溶解氧浓度。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种水中溶解氧测量仪，其特征在于：包括壳体、主板、LED蓝光灯、LED红光灯，荧光膜以及光线接收器；
所述主板设在壳体内，并布置有驱动电路、DSP芯片和主控芯片；
所述LED蓝光灯、LED红光灯设在壳体内并对称固定在主板的一端部两侧且连接所述驱动电路，且LED蓝光灯、LED红光灯的光线交汇点落在对称轴上；
所述荧光膜垂直设置在该对称轴上并安装于所述壳体的端部，所述光线接收器设置在壳体内并依次连接所述DSP芯片和主控芯片。
2.根据权利要求1所述的一种水中溶解氧测量仪，其特征在于：所述LED蓝光灯前设有460nm滤光片。
3.根据权利要求1所述的一种水中溶解氧测量仪，其特征在于：所述LED红光灯前设有中心孔挡板。
4.根据权利要求1所述的一种水中溶解氧测量仪，其特征在于：所述荧光膜和光线接收器之间的光路上依次设置有透光镜、650nm滤光片以及聚光凸镜。
5.根据权利要求4所述的一种水中溶解氧测量仪，其特征在于：所述壳体还包括传感器主壳、光路固定座和荧光帽，所述光路固定座和所述传感器主壳对接，所述光路固定座的外端具有一透光窗口，所述荧光膜通过所述荧光帽安装在透光窗口上，所述光路固定座上还设有一支架，所述透光镜、650nm滤光片、聚光凸镜以及光线接收器均设在该支架上。
6.根据权利要求4所述的一种水中溶解氧测量仪，其特征在于：所述主板的一端部具有两支脚和一中心凹口，该两支脚和中心凹口构成U字型结构，所述LED蓝光灯、LED红光灯设在该两支脚的末端，所述650nm滤光片、聚光凸镜以及光线接收器均设在所述中心凹口处。
7.根据权利要求1所述的一种水中溶解氧测量仪，其特征在于：所述主板还布置有音频电路，所述驱动电路为恒流源驱动电路，所述音频电路分别与所述驱动电路及DSP芯片连接。
8.根据权利要求7所述的一种水中溶解氧测量仪，其特征在于：所述光线接收器包括依次连接的硅光电池、I/V转换电路以及放大滤波电路，该放大滤波电路还连接所述音频电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170822 |
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