CN107655939A - 一种低成本溶解氧传感检测装置 - Google Patents

一种低成本溶解氧传感检测装置 Download PDF

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胡瑜
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Abstract

本发明公开了一种低成本溶解氧传感检测装置,包含数据采集装置以及与其有线连接的显示终端;所述数据采集装置包含通讯电缆、传感器主体、传感器电极芯、磨石、推杆电机、保护罩、连接片,所述传感器主体的一端与通讯电缆连接,所述传感器主体的另一端与传感器电极芯连接;所述磨石设置在传感器电极芯的外周,所述磨石与推杆电机连接,所述推杆电机与传感器主体连接;所述磨石通过连接片与保护罩连接,所述保护罩套设在传感器电极芯外,避免因传感器故障带来的数据丢失本发明的传感器电极芯表面可自动清洗,测量精度高,不受水体污染和水流速度影响测量精度,本具体实施方式具有结构简单、设置合理、制作成本低等优点。

Description

一种低成本溶解氧传感检测装置
技术领域
本发明属于水质检测领域,尤其涉及一种低成本溶解氧传感检测装置。
背景技术
无论是天然水还是污水都会溶解一些气体,其来源有以下几个方面:空气中的氮和氧;水中有机物分解的产物二氧化碳;水生生物的新陈代谢(如藻类等水生生物的呼吸)作用产生的氧气和二氧化碳,溶解在水中的分子态氧称为溶解氧。
天然水体中的溶解氧含量取决于水体与大气中氧的平衡。水中溶解氧的饱和含量与大气压力及氧分压、水体温度和含盐量等参数有关。未受污染的水中溶解氧呈饱和状态。当水体受污染后,由于好氧菌的存在将不断消耗水中的溶解氧,如果得不到空气的及时补充,则水的溶解氧就会逐渐减少,最终导致水体变质。所以把溶解氧作为水质污染程度的一项指标;溶解氧越少,表明污染程度越严重。当溶解氧低于4mg/L 时鱼类就难以生存,低于2mg/L 时水体便产生臭味。
溶解氧检测仪是测量水中溶解氧含量的仪器,从功能上分为离线式和在线式两大类;前者用于实验室常规分析或现场抽查测试;后者用于水处理工程或水环境监测,例如污水生化处理工艺过程、工业废水处理工艺过程、地表水检测、水产养殖监测等。
从测量方法分,溶氧测量有碘量法、化学电极法。而化学电极法又分为原电池法、极谱法。其中,极谱法应用较普遍,广泛应用于各领域。碘量法测量过程复杂、周期长,适合试验室测量。化学电极法易受水中各种杂质干扰、测量准确性低、需要定期更换电解液,使用维护都不方便。
近年来出现一种新的溶解氧测量方法——荧光法,相对于化学电极法,荧光法测量溶解氧,在稳定性、抗干扰性、测量精度、寿命、易维护性等方面都得到了改善;在实际应用中,由于水质状况差别较大,溶解氧探头都需增加自清洗装置,一般清洗时都用清洗刷,这增加了传动机构,清洗刷对传感器摩擦,也降低了传感器的寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种低成本溶解氧传感检测装置。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种低成本溶解氧传感检测装置,包含数据采集装置以及与其有线连接的显示终端;所述数据采集装置包含通讯电缆、传感器主体、传感器电极芯、磨石、推杆电机、保护罩、连接片,所述传感器主体的一端与通讯电缆连接,所述传感器主体的另一端与传感器电极芯连接;
所述磨石设置在传感器电极芯的外周,所述磨石与推杆电机连接,所述推杆电机与传感器主体连接;所述磨石通过连接片与保护罩连接,所述保护罩套设在传感器电极芯外;
所述传感器主体包含控制器模块以及分别与其连接的信号调理电路、数据存储模块、输入设定模块、时钟模块、整流稳压电路、电机驱动模块;所述信号调理电路用于将传感器电极芯采集的电信号进行预处理,所述整流稳压电路用于将通讯电缆传输的电能进行预处理,所述数据存储模块用于根据时钟模块记录的时间实时存储相关数据信息;所述电机驱动模块用于驱动推杆电机;
所述信号调理电路包含模数转换电路和放大电路,所述放大电路包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管;
所述第一电阻为变阻器,所述第一电阻的滑动端连接第一电容的一端,所述第一电容的另一端分别连接第二电阻的一端、第三电容的一端,第三电阻的一端、第一三极管的基极,所述第三电阻的另一端接地,所述第一三极管的发射极分别连接第五电阻的一端、第四电容的一端,所述第五电阻的另一端、第四电容的另一端均接地;
所述第一三极管的集电极分别连接第三电容的另一端、第四电阻的一端、第二三极管的基极;所述第二三极管的发射极连接第五电容的一端,所述第五电容的另一端接地;所述第二三极管的集电极分别连接第二电阻的另一端、第二电容的一端、第六电容的一端、第三三极管的发射极;
所述第二电容的另一端分别连接第六电阻的一端、第七电阻的一端,所述第七电阻的另一端分别连接第三三极管的集电极、第七电容的一端,所述第七电容的另一端接地;所述第六电阻的另一端分别连接第一二极管的阳极、第三三极管的基极;所述第一二极管的阴极连接第四电阻的另一端。
作为本发明一种低成本溶解氧传感检测装置的进一步优选方案,所述传感器电极芯包含阳极和阴极。
作为本发明一种低成本溶解氧传感检测装置的进一步优选方案,所述通讯电缆外设有通讯电缆保护套。
作为本发明一种低成本溶解氧传感检测装置的进一步优选方案,所述保护罩为圆弧状,且采用防腐蚀材料制成。
作为本发明一种低成本溶解氧传感检测装置的进一步优选方案,所述整流稳压电路包括MPU处理单元、可控硅整流单元、脉冲触发控制单元、脉冲触发单元、温度反馈单元和电压电流变量反馈单元;MPU 处理单元、脉冲触发控制单元、脉冲触发单元及可控硅整流单元依次连接,温度反馈单元和电压电流变量反馈单元分别与MPU处理单元连接;所述MPU处理单元根据温度反馈单元所测量的温度值、电压电流变量反馈单元所测量的电压值和电流值,输出调整脉冲触发频率的控制信号和控制脉冲触发控制单元的通断的控制信号。
作为本发明一种低成本溶解氧传感检测装置的进一步优选方案,所述通讯电缆保护套采用防腐材料构成。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
1、本发明的传感器主体还包含时钟模块、输入设定模块和数据存储模块,可以预先设定推杆电机的工作周期,延长了传感器电极芯的使用寿命,同时通过数据存储模块实时存储,避免因传感器故障带来的数据丢失;
2、本发明采用了保护套这一专用结构保护通讯电缆,确保安装可靠、密封可靠,保护电缆不被水中鱼类咬破或由于水流较急而扯断电缆;
3、本发明的传感器电极芯表面可自动清洗,测量精度高,不受水体污染和水流速度影响测量精度,本具体实施方式具有结构简单、设置合理、制作成本低等优点;
4、本发明的磨石通过连接片与保护罩连接,带动保护罩上下移动,保护传感器电极芯不受氧气泡的影响,缓和静止的水流和快速水流,使测量不受水流速度的影响,提高了测量精确度;
5、本发明电路结构简单,器件数量较少,元器件具备高温作业环境要求,体积紧凑,整体散热量较小,适合安装在井下设备细长、封闭的内部空间。实现对高温环境下宽电压、宽频率信号进行调节、限制及保护。
附图说明
图1是本发明结构图;
图2是本发明传感器主体整流稳压电路的电路图;
图3是本发明传感器主体放大电路电路图。
图中标号具体如下:1-通讯电缆,2-传感器主体,3-传感器电极芯,4-阳极,5-阴极,6-透氧膜,7-磨石,8-推杆电机,9-保护罩,10-连接片,11-通讯电缆保护套。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1所示,一种低成本溶解氧传感检测装置,包含数据采集装置以及与其有线连接的显示终端;所述数据采集装置包含通讯电缆1、传感器主体2、传感器电极芯3、磨石7、推杆电机8、保护罩9、连接片10,所述传感器主体2的一端与通讯电缆1连接,所述传感器主体2的另一端与传感器电极芯3连接;
所述磨石7设置在传感器电极芯3的外周,所述磨石7与推杆电机8连接,所述推杆电机8与传感器主体2连接;所述磨石7通过连接片10与保护罩9连接,所述保护罩9套设在传感器电极芯3外。
所述传感器主体2包含控制器模块以及分别与其连接的信号调理电路、数据存储模块、时钟模块、整流稳压电路、电机驱动模块;所述信号调理电路用于将传感器电极芯采集的电信号进行预处理,所述整流稳压电路用于将通讯电缆传输的电能进行预处理,所述数据存储模块用于根据时钟模块记录的时间实时存储相关数据信息;所述电机驱动模块用于驱动推杆电机。
如图3所示,所述信号调理电路包含模数转换电路和放大电路,所述放大电路包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管;
所述第一电阻为变阻器,所述第一电阻的滑动端连接第一电容的一端,所述第一电容的另一端分别连接第二电阻的一端、第三电容的一端,第三电阻的一端、第一三极管的基极,所述第三电阻的另一端接地,所述第一三极管的发射极分别连接第五电阻的一端、第四电容的一端,所述第五电阻的另一端、第四电容的另一端均接地;
所述第一三极管的集电极分别连接第三电容的另一端、第四电阻的一端、第二三极管的基极;所述第二三极管的发射极连接第五电容的一端,所述第五电容的另一端接地;所述第二三极管的集电极分别连接第二电阻的另一端、第二电容的一端、第六电容的一端、第三三极管的发射极;
所述第二电容的另一端分别连接第六电阻的一端、第七电阻的一端,所述第七电阻的另一端分别连接第三三极管的集电极、第七电容的一端,所述第七电容的另一端接地;所述第六电阻的另一端分别连接第一二极管的阳极、第三三极管的基极;所述第一二极管的阴极连接第四电阻的另一端。
所述传感器电极芯3包含阳极4和阴极5,所述通讯电缆(1)外设有通讯电缆保护套11。
所述保护罩9为圆弧状,且采用防腐蚀材料制成; 所述通讯电缆保护套采用防腐材料构成。
本发明采用了保护套这一专用结构保护通讯电缆,确保安装可靠、密封可靠,保护电缆不被水中鱼类咬破或由于水流较急而扯断电缆;本发明的磨石通过连接片与保护罩连接,带动保护罩上下移动,保护传感器电极芯不受氧气泡的影响,缓和静止的水流和快速水流,使测量不受水流速度的影响,提高了测量精确度。
推杆电机与微控制器模块之间设有电机驱动,当需要清洗传感器电极芯,微控制器模块发送信号至电机驱动,进而带动推杆电机,磨石7在传感器电极芯3的外周通过推杆电机8做上下运动,磨石7不停地研磨阳极4、阴极5的表面,提高了测量精度,同时,磨石7通过连接片10 与保护罩9连接,带动保护罩9上下移动,保护传感器电极芯3不受氧气泡的影响,缓和静止的水流和快速水流,使测量不受水流速度的影响,提高了测量精确度。
本发明的传感器电极芯表面可自动清洗,测量精度高,不受水体污染和水流速度影响测量精度,本具体实施方式具有结构简单、设置合理、制作成本低等优点。
本发明整流稳压控制电路,如图 2 所示,包括 MPU( 微处理器 ) 处理单元、电源隔离单元、可控硅整流单元、脉冲触发控制单元、脉冲触发单元、温度反馈单元和电压电流变量反馈单元。MPU处理单元、脉冲触发控制单元、脉冲触发单元及可控硅整流单元依次连接,温度反馈单元和电压电流变量反馈单元分别与 MPU 处理单元连接,电源隔离单元分别与 MPU处理单元、脉冲触发控制单元连接。
交流输入信号分两路,一路经电源隔离单元处理后,向脉冲触发控制单元及 MPU处理单元提供稳定的供电电源 ;另一路给脉冲触发单元及可控硅整流单元供电。可控硅的导通由晶闸管触发单元触发实现,可控硅触发导通频率由脉冲触发控制单元根据电压 /电流变量反馈单元的反馈变量控制器状态做出相应的调节,从而达到调整后输出稳压直流电的目的。
脉冲触发控制单元控制脉冲触发单元向可控硅整流单元输出触发脉冲,触发脉冲的特性影响着可控硅整流单元的输出特性,实现对主要电路的硬件调整 ;可控硅整流单元在脉冲触发单元的控制下,将交流输入整流成电压稳定的直流输出。
MPU 处理单元根据温度反馈单元所测量的温度值、电压电流变量反馈单元所测量的电压值和电流值,对脉冲触发控制单元作出相应地调整。MPU 处理单元输出两路控制信号,一路经线性光耦耦合至脉冲触发控制单元中,调整脉冲触发频率,实现调节主电路可控硅整流单元的输出电压目的 ;另一路控制信号为提供电路保护的开关量,该开关量根据电路的温度、电流和电压等情况,其状态通过物理隔离的方式控制着脉冲触发控制单元的通断,实现超温保护、过流保护、过压保护及欠压保护等功能。温度反馈单元在本实施例中采用智能温度传感器,对电路温度测量值单线总线输出至 MPU 处理单元。
综上所述,本发明的传感器主体还包含时钟模块、输入设定模块和数据存储模块,可以预先设定推杆电机的工作周期,延长了传感器电极芯的使用寿命,同时通过数据存储模块实时存储,避免因传感器故障带来的数据丢失;本发明采用了保护套这一专用结构保护通讯电缆,确保安装可靠、密封可靠,保护电缆不被水中鱼类咬破或由于水流较急而扯断电缆;本发明的传感器电极芯表面可自动清洗,测量精度高,不受水体污染和水流速度影响测量精度,本具体实施方式具有结构简单、设置合理、制作成本低等优点;本发明的磨石通过连接片与保护罩连接,带动保护罩上下移动,保护传感器电极芯不受氧气泡的影响,缓和静止的水流和快速水流,使测量不受水流速度的影响,提高了测量精确度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
本技术领域技术人员可以理解的是,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种低成本溶解氧传感检测装置,其特征在于:包含数据采集装置以及与其有线连接的显示终端;所述数据采集装置包含通讯电缆(1)、传感器主体(2)、传感器电极芯(3)、磨石(7)、推杆电机(8)、保护罩(9)、连接片(10),所述传感器主体(2)的一端与通讯电缆(1)连接,所述传感器主体(2)的另一端与传感器电极芯(3)连接;
所述磨石(7)设置在传感器电极芯(3)的外周,所述磨石(7)与推杆电机(8)连接,所述推杆电机(8)与传感器主体(2)连接;所述磨石(7)通过连接片(10) 与保护罩(9)连接,所述保护罩(9)套设在传感器电极芯(3)外;
所述传感器主体(2)包含控制器模块以及分别与其连接的信号调理电路、数据存储模块、输入设定模块、时钟模块、整流稳压电路、电机驱动模块;所述信号调理电路用于将传感器电极芯采集的电信号进行预处理,所述整流稳压电路用于将通讯电缆传输的电能进行预处理,所述数据存储模块用于根据时钟模块记录的时间实时存储相关数据信息;所述电机驱动模块用于驱动推杆电机;
所述信号调理电路包含模数转换电路和放大电路,所述放大电路包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管;
所述第一电阻为变阻器,所述第一电阻的滑动端连接第一电容的一端,所述第一电容的另一端分别连接第二电阻的一端、第三电容的一端,第三电阻的一端、第一三极管的基极,所述第三电阻的另一端接地,所述第一三极管的发射极分别连接第五电阻的一端、第四电容的一端,所述第五电阻的另一端、第四电容的另一端均接地;
所述第一三极管的集电极分别连接第三电容的另一端、第四电阻的一端、第二三极管的基极;所述第二三极管的发射极连接第五电容的一端,所述第五电容的另一端接地;所述第二三极管的集电极分别连接第二电阻的另一端、第二电容的一端、第六电容的一端、第三三极管的发射极;
所述第二电容的另一端分别连接第六电阻的一端、第七电阻的一端,所述第七电阻的另一端分别连接第三三极管的集电极、第七电容的一端,所述第七电容的另一端接地;所述第六电阻的另一端分别连接第一二极管的阳极、第三三极管的基极;所述第一二极管的阴极连接第四电阻的另一端。
2.根据权利要求1所述的一种低成本溶解氧传感检测装置,其特征在于:
所述传感器电极芯(3)包含阳极(4)和阴极(5)。
3.根据权利要求1所述的一种低成本溶解氧传感检测装置,其特征在于:
所述通讯电缆(1)外设有通讯电缆保护套(11)。
4.根据权利要求1所述的一种低成本溶解氧传感检测装置,其特征在于:所述保护罩(9)为圆弧状,且采用防腐蚀材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种低成本溶解氧传感检测装置,其特征在于:所述整流稳压电路包括MPU处理单元、可控硅整流单元、脉冲触发控制单元、脉冲触发单元、温度反馈单元和电压电流变量反馈单元;MPU 处理单元、脉冲触发控制单元、脉冲触发单元及可控硅整流单元依次连接,温度反馈单元和电压电流变量反馈单元分别与MPU处理单元连接;所述MPU处理单元根据温度反馈单元所测量的温度值、电压电流变量反馈单元所测量的电压值和电流值,输出调整脉冲触发频率的控制信号和控制脉冲触发控制单元的通断的控制信号。
6.根据权利要求3所述的一种低成本溶解氧传感检测装置,其特征在于:所述通讯电缆保护套采用防腐材料构成。
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