CN107389557A - 一种高稳定小型浊度测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高稳定小型浊度测量装置，包括外壳以及连接组件，外壳连接至所述连接组件，外壳上设有探头，还包括MCU电路、I‑V转换电路、ADC电路、发射光路、接收光路、光电接收器以及LED发射红外光电路，MCU电路、I‑V转换电路、ADC电路、发射光路、接收光路、光电接收器以及LED发射红外光电路设于所述外壳内，MCU电路连接至所述ADC电路以及LED发射红外光电路，接收光路连接至所述光电接收器，所述光电接收器连接至I‑V转换电路，所述I‑V转换电路连接至所述ADC电路，所述LED发射红外光电路连接至所述发射光路，所述发射光路以及接收光路分别连接所述探头，提高测试精度，并具有自洁功能。

Description

一种高稳定小型浊度测量装置
技术领域
本发明涉及一种测量装置，特别指一种高稳定小型浊度测量装置。
背景技术
现阶段使用的多参数传感器的小型光学浊度测量电极的原理都是90度散射法，光路使用光纤进行导光，由于结构与电路大部份存在以下不足：1、在2～3NTU以下测量值非常不准确，个别甚至无趋势；2、光纤使用的大部份都是PMMA塑料光纤。塑料光纤在静态水中测试浊度时，会更容易吸附测量水中存在悬浮物颗粒/其它污染物，缓慢的吸附会使浊度测量电极的光学窗口被污染导致实际数值的漂移不准确。目前大部份厂家通过提高挂刷的频率等来保证光学窗口的清洁，这样操作一是增加功耗，二是会造成数据幅度的锯齿波波动。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种高稳定小型浊度测量装置，提高测试精度，并具有自洁功能。
本发明是这样实现的：一种高稳定小型浊度测量装置，包括外壳以及连接组件，所述外壳连接至所述连接组件，所述外壳上设有探头，还包括MCU电路、I-V转换电路、ADC电路、发射光路、接收光路、光电接收器以及LED发射红外光电路，所述MCU电路、I-V转换电路、ADC电路、发射光路、接收光路、光电接收器以及LED发射红外光电路设于所述外壳内，所述MCU电路连接至所述ADC电路以及LED发射红外光电路，所述接收光路连接至所述光电接收器，所述光电接收器连接至所述I-V转换电路，所述I-V转换电路连接至所述ADC电路，所述LED发射红外光电路连接至所述发射光路，所述发射光路以及接收光路分别连接所述探头。
进一步地，所述ADC电路包括ADC芯片、电阻R22、电阻R35、电阻R11、电阻R17、电阻R19、电阻R52、电阻R57、电容C58、电容C54、电容C18、电容C59、电容C75、电容C68以及电感L14，I-V转换电路通过电阻R22连接至所述ADC芯片的引脚7，所述ADC芯片的引脚7通过电容C75接地，所述ADC芯片的引脚1、引脚3、引脚15以及引脚16连接至MCU电路，电源通过电阻R,52连接至ADC芯片引脚3，电源通过电阻R19连接至ADC芯片引脚1，电源通过电阻R17连接至ADC芯片引脚16，电源通过电阻R11连接至ADC芯片引脚15，所述ADC芯片引脚6、引脚8以及引脚12接地，所述芯片引脚4分别连接所述电阻R56的一端以及电阻R57的一端，所述电阻R56的另一端接地，所述ADC芯片的引脚9分别连接MCU电路、电阻R57的另一端以及电容C68的一端，所述ADC芯片引脚10连接所述电容C68的另一端以及接地，电源分别连接所述电容58的一端、电容C54的一端、电感L14的一端电阻R35的一端以及ADC芯片的引脚13，所述电阻R35的另一端连接所述电容C18的一端、电容C59的一端、电感L14的另一端以及ADC芯片的引脚14，所述电容58的另一端、电容54的另一端、电容C18的另一端以及电容59的另一端接地。
进一步地，所述ADC芯片为AD7793系列的芯片。
进一步地，还包括信号调理放大电路，所述I-V转换电路通过信号调理放大电路连接至ADC电路，所述信号调理放大电路连接至所述MCU电路。
进一步地，所述LED发射红外光电路包括pwm控制信号电路以及LED灯D2，所述LED灯D2通过pwm控制信号电路连接至所述MCU电路。
进一步地，所述pwm控制信号电路包括电感L1、电容25、电容C26、电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电阻R23、电阻61、电阻62、电阻R20、MOS管Q1、电源芯片U9、模拟开关芯片U11以及放大器芯片U12，电源通过电感L1分别连接所述电容C29的一端、电源芯片U9的引脚1、电容C25的一端、模拟开关芯片U11的引脚8、电容C27的一端、放大器芯片U12的引脚5、电容C28的一端、电容C30的一端以及LED灯D2的正极，所述电源芯片U9的引脚2连接REFV1_2、电容C26以及模拟开关芯片U11的引脚1、所述模拟开关芯片U11的引脚4通过电阻R61以及电阻R62连接至MCU电路，所述模拟开关芯片U11的引脚4通过电阻R20接地，所述模拟开关芯片U11的引脚7连接至所述放大器芯片U12的引脚3，所述放大器芯片U12的引脚4分别连接电阻R24的一端、电阻R23的一端以及MOS管Q1的D极，所述电阻R23的另一端分别连接所述MOS管Q1的G极以及放大器芯片U12的引脚1，所述MOS管Q1的S极连接至所述LED灯D2的负极，所述电容C29的另一端、电容C25的另一端、电容C26的另一端、电容C27的另一端、电容C28的另一端、电容C30的另一端、电源芯片U9的引脚3、模拟开关芯片U11的引脚2、模拟开关芯片U11的引脚3、模拟开关芯片U11的引脚5、电阻R24的另一端以及放大器芯片U12的引脚2接地。
进一步地，所述探头上设有高分子保护膜。
本发明的优点在于：本发明一种高稳定小型浊度测量装置，该装置可以测量低值浊度，并且线性度较好；该装置有效降低测量装置的维护频率，降低维护成本；该装置成本低便宜推广与维护；改善测量效果提高数据有效性；该装置不会产生二次污染。
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是本发明一种高稳定小型浊度测量装置的信号处理流程示意框图。
图2是本发明一种高稳定小型浊度测量装置的I-V转换电路以及信号调理放大电路的电路图。
图3是本发明一种高稳定小型浊度测量装置的ADC电路的电路图。
图4是本发明一种高稳定小型浊度测量装置的LED发射红外光电路的电路图。
图5是本发明一种高稳定小型浊度测量装置的MCU电路的电路图。
具体实施方式
请参阅图1至图5所示，本发明高稳定小型浊度测量装置，包括外壳以及连接组件，所述外壳连接至所述连接组件，所述外壳上设有探头(图中未示)，还包括MCU电路、I-V转换电路、ADC电路、发射光路、接收光路、光电接收器以及LED发射红外光电路，所述MCU电路、I-V转换电路、
ADC电路、发射光路、接收光路、光电接收器以及LED发射红外光电路设于所述外壳内，所述MCU电路连接至所述ADC电路以及LED发射红外光电路，所述接收光路连接至所述光电接收器，所述光电接收器连接至所述I-V转换电路，所述I-V转换电路连接至所述ADC电路，所述LED发射红外光电路连接至所述发射光路，所述发射光路以及接收光路分别连接所述探头。
所述ADC电路包括ADC芯片、电阻R22、电阻R35、电阻R11、电阻R17、电阻R19、电阻R52、电阻R57、电容C58、电容C54、电容C18、电容C59、电容C75、电容C68以及电感L14，I-V转换电路通过电阻R22连接至所述ADC芯片的引脚7，所述ADC芯片的引脚7通过电容C75接地，所述ADC芯片的引脚1、引脚3、引脚15以及引脚16连接至MCU电路，电源通过电阻R,52连接至ADC芯片引脚3，电源通过电阻R19连接至ADC芯片引脚1，电源通过电阻R17连接至ADC芯片引脚16，电源通过电阻R11连接至ADC芯片引脚15，所述ADC芯片引脚6、引脚8以及引脚12接地，所述芯片引脚4分别连接所述电阻R56的一端以及电阻R57的一端，所述电阻R56的另一端接地，所述ADC芯片的引脚9分别连接MCU电路、电阻R57的另一端以及电容C68的一端，所述ADC芯片引脚10连接所述电容C68的另一端以及接地，电源分别连接所述电容58的一端、电容C54的一端、电感L14的一端电阻R35的一端以及ADC芯片的引脚13，所述电阻R35的另一端连接所述电容C18的一端、电容C59的一端、电感L14的另一端以及ADC芯片的引脚14，所述电容58的另一端、电容54的另一端、电容C18的另一端以及电容59的另一端接地，所述ADC芯片为AD7793系列的芯片。
所述装置还包括信号调理放大电路，所述I-V转换电路通过信号调理放大电路连接至ADC电路，所述信号调理放大电路连接至所述MCU电路。
所述LED发射红外光电路包括pwm控制信号电路以及LED灯D2，所述LED灯D2通过pwm控制信号电路连接至所述MCU电路，所述pwm控制信号电路包括电感L1、电容25、电容C26、电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电阻R23、电阻61、电阻62、电阻R20、MOS管Q1、电源芯片U9、模拟开关芯片U11以及放大器芯片U12，电源通过电感L1分别连接所述电容C29的一端、电源芯片U9的引脚1、电容C25的一端、模拟开关芯片U11的引脚8、电容C27的一端、放大器芯片U12的引脚5、电容C28的一端、电容C30的一端以及LED灯D2的正极，所述电源芯片U9的引脚2连接REFV1_2、电容C26以及模拟开关芯片U11的引脚1、所述模拟开关芯片U11的引脚4通过电阻R61以及电阻R62连接至MCU电路，所述模拟开关芯片U11的引脚4通过电阻R20接地，所述模拟开关芯片U11的引脚7连接至所述放大器芯片U12的引脚3，所述放大器芯片U12的引脚4分别连接电阻R24的一端、电阻R23的一端以及MOS管Q1的D极，所述电阻R23的另一端分别连接所述MOS管Q1的G极以及放大器芯片U12的引脚1，所述MOS管Q1的S极连接至所述LED灯D2的负极，所述电容C29的另一端、电容C25的另一端、电容C26的另一端、电容C27的另一端、电容C28的另一端、电容C30的另一端、电源芯片U9的引脚3、模拟开关芯片U11的引脚2、模拟开关芯片U11的引脚3、模拟开关芯片U11的引脚5、电阻R24的另一端以及放大器芯片U12的引脚2接地，所述电源芯片U9为1.2V基准电源芯片MAX6120EUR-T。
所述探头上设有高分子保护膜。
本发明一种具体实施方式：
如图1所示，装置包含4部分：1)光路组件；2)316L不锈钢外壳；3)PCB板；4)连接组件。光路组件其结构布局精巧，巧妙地将880nm的红外发射管通过光纤发射出光学窗口，并通过90度光纤接收发射光，及其驱动板集成在前端，电源线及信号线从后端连接器引出到传感器主体中。电极的整体防护等级为IP68，可以达到50米。使用于大部份的浅层水体的测量，提高电化学探头的使用寿命，同时便宜更换维护，图中REFV1_2为1.2V基准电压。
如图1所示，光学检测浊度的原理就是通过发射880nm的红外光，红外光遇到水体中的固体或其它液态颗粒产生发射光，通过红外感应90度方向的反射红外光的光强来测量浊度浓度。水体中的固体或其它液态颗粒由于吸附作用会逐渐污染红外光的发射和接收窗口，光路组件的前端光学窗口增加一层高分子膜，所述高分子膜为UV漆，由于这层膜具有一定的自洁能力，使得水体中的固体或其它液态颗粒在光学窗口上的附着速度大大降低。
如图1所示，核心为光路组件和PCB板。PCB功能组要是实现LED发射调制频率红外光与光电接收器接收红外光，并通过I-V转换、信号处理后、ADC数模转换传输给MCU进行算法处理，最后数字信号输出；发射与接收红外光的光纤成九十度角，这样保证了LED发射出的调制频率红外光遇到水体中的固体或其它液态颗粒时反射后，90度方向的反射光通过光纤传导给光电接收器，并且90度方向的反射光线性度最好。
如图4中所示：LED发射红外光电路就是一个PWM驱动控制一个恒流源驱动电路，如图所示该驱动电路利用一颗基准芯片产生一个1.2V基准，通过放大器组成的一个比较电路使得流过LED的电流恒定：1.2V/24Ω＝50mA。
如图2中所示：I-V转换电路图中提到U6为仪表放大器OPA129U，U1-B为仪表放大器，U1-A为仪表放大器，U2为可编程放大器PGA103U，通过I-V转换电路，把光电接收器产生的电流转换为电压信号，通过隔直电路，信号调理放大输出给ADC转为数字信号。
如图3以及图5所示，调理后的模拟信号通过ADC进行模数转换传输给MCU通过算法进行软件滤波以及线性精算得到浊度值并以数字信号(RS485)传输出去，U7为模数转换芯片AD7793BRU，ADC电路图中的REF_2V5连接至U7的引脚9，其中图中提到VCC5为数字部分5V电源，AVCC5为模拟部分5V电源，AVCC3_3为模拟部分3.3V电源，VCC3_3为数字部分3.3V电源，它们给不同功能模块供电。
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 (7)

1.一种高稳定小型浊度测量装置，包括外壳以及连接组件，所述外壳连接至所述连接组件，所述外壳上设有探头，其特征在于：还包括MCU电路、I-V转换电路、ADC电路、发射光路、接收光路、光电接收器以及LED发射红外光电路，所述MCU电路、I-V转换电路、ADC电路、发射光路、接收光路、光电接收器以及LED发射红外光电路设于所述外壳内，所述MCU电路连接至所述ADC电路以及LED发射红外光电路，所述接收光路连接至所述光电接收器，所述光电接收器连接至所述I-V转换电路，所述I-V转换电路连接至所述ADC电路，所述LED发射红外光电路连接至所述发射光路，所述发射光路以及接收光路分别连接所述探头。
2.如权利要求1所述的一种高稳定小型浊度测量装置，其特征在于：所述ADC电路包括ADC芯片、电阻R22、电阻R35、电阻R11、电阻R17、电阻R19、电阻R52、电阻R57、电容C58、电容C54、电容C18、电容C59、电容C75、电容C68以及电感L14，I-V转换电路通过电阻R22连接至所述ADC芯片的引脚7，所述ADC芯片的引脚7通过电容C75接地，所述ADC芯片的引脚1、引脚3、引脚15以及引脚16连接至MCU电路，电源通过电阻R,52连接至ADC芯片引脚3，电源通过电阻R19连接至ADC芯片引脚1，电源通过电阻R17连接至ADC芯片引脚16，电源通过电阻R11连接至ADC芯片引脚15，所述ADC芯片引脚6、引脚8以及引脚12接地，所述芯片引脚4分别连接所述电阻R56的一端以及电阻R57的一端，所述电阻R56的另一端接地，所述ADC芯片的引脚9分别连接MCU电路、电阻R57的另一端以及电容C68的一端，所述ADC芯片引脚10连接所述电容C68的另一端以及接地，电源分别连接所述电容58的一端、电容C54的一端、电感L14的一端电阻R35的一端以及ADC芯片的引脚13，所述电阻R35的另一端连接所述电容C18的一端、电容C59的一端、电感L14的另一端以及ADC芯片的引脚14，所述电容58的另一端、电容54的另一端、电容C18的另一端以及电容59的另一端接地。
3.如权利要求2所述的一种高稳定小型浊度测量装置，其特征在于：所述ADC芯片为AD7793系列的芯片。
4.如权利要求1所述的一种高稳定小型浊度测量装置，其特征在于：还包括信号调理放大电路，所述I-V转换电路通过信号调理放大电路连接至ADC电路，所述信号调理放大电路连接至所述MCU电路。
5.如权利要求1所述的一种高稳定小型浊度测量装置，其特征在于：所述LED发射红外光电路包括pwm控制信号电路以及LED灯D2，所述LED灯D2通过pwm控制信号电路连接至所述MCU电路。
6.如权利要求5所述的一种高稳定小型浊度测量装置，其特征在于：所述pwm控制信号电路包括电感L1、电容25、电容C26、电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电阻R23、电阻61、电阻62、电阻R20、MOS管Q1、电源芯片U9、模拟开关芯片U11以及放大器芯片U12，电源通过电感L1分别连接所述电容C29的一端、电源芯片U9的引脚1、电容C25的一端、模拟开关芯片U11的引脚8、电容C27的一端、放大器芯片U12的引脚5、电容C28的一端、电容C30的一端以及LED灯D2的正极，所述电源芯片U9的引脚2连接REFV1_2、电容C26以及模拟开关芯片U11的引脚1、所述模拟开关芯片U11的引脚4通过电阻R61以及电阻R62连接至MCU电路，所述模拟开关芯片U11的引脚4通过电阻R20接地，所述模拟开关芯片U11的引脚7连接至所述放大器芯片U12的引脚3，所述放大器芯片U12的引脚4分别连接电阻R24的一端、电阻R23的一端以及MOS管Q1的D极，所述电阻R23的另一端分别连接所述MOS管Q1的G极以及放大器芯片U12的引脚1，所述MOS管Q1的S极连接至所述LED灯D2的负极，所述电容C29的另一端、电容C25的另一端、电容C26的另一端、电容C27的另一端、电容C28的另一端、电容C30的另一端、电源芯片U9的引脚3、模拟开关芯片U11的引脚2、模拟开关芯片U11的引脚3、模拟开关芯片U11的引脚5、电阻R24的另一端以及放大器芯片U12的引脚2接地。
7.如权利要求1所述的一种高稳定小型浊度测量装置，其特征在于：所述探头上设有高分子保护膜。
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