CN108107011B - 一种基于双光源水质cod检测参数的智能传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双光源水质COD检测参数的智能传感器，光源安装在光源端内，光源通过光源端进行安装定位，紫外光源和蓝光光源通过速干胶固定在光源端。两个接收管通过接收端安装定位，然后用速干胶粘结固定。两个镜片套上密封圈后分别安装在主体的两侧，通过光源端与主体的螺纹预紧力和接收端与主体的螺纹预紧力挤压固定。光源端、接收端和套筒均与主体相连，构成智能传感器的整体结构。光源为蓝光和紫外光，并列布设。本发明机械结构简单，适用性强。本发明水质参数量可调，更换光源方便。通过改变电源占空比调节光源能量，从而改变测量参数的量程。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学检测传感器，尤其涉及通过分光光度法检测水质参数的对干扰因素可补偿的智能传感器的结构，属于水质检测技术领域。
背景技术
近年来随着水资源污染日益严重，水质监测作为水污染控制工作中的基础性工作，其意义和作用也变得更加重要。现今普遍使用的试剂法监测仪体积过于庞大，维护成本高，安装和固定难度高，运输不便。使用的化学试剂有保存年限，需要定期更换，检测过程耗时长且复杂。而光学法的传感器检测则不需要使用化学试剂及其他的额外设备，本发明涉及的传感器相比于传统的试剂法检测仪结构更为简单，体积更小，制造和维护成本更低，运输和携带更为方便，且检测过程更为快速。而它相比于单光源传感器则更能通过参比光源排除水中的其它因素对信号的影响，所测数据更加准确，适用的检测环境更加复杂。本发明能够通过反馈回来的温度情况进行温度补偿，使得数据的检测更加精准。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于双光源水质COD检测参数的通用智能传感器，为水质检测参数提供一种更轻便的传感器，可应用在便携式水质COD检测和在线水质COD检测中。其优势在于能够提供浊度和温度等干扰因素补偿、并实时监控传感器的温度变化。稳定性和精度高，结构简单，体积小质量轻，使用方便，减少了检测水质参数的各种繁琐步骤，提高了检测效率，降低了生产成本和维修费用。
该传感器使用双光源(蓝光和紫外光)来排除水中其它因素对光线吸收的影响，利用朗伯比尔定律只需得到两束参比光的信号强度即可测量水中COD参数，相比于试剂法简单、快速得多，相比于单光源则更加准确。可排除测试水体中浊度和温度等干扰因素对光线的反射和吸收。
本发明结构如图1所示。一种基于双光源水质COD检测参数的智能传感器，包括端盖(1)、光源端(2)、主体(3)、接收端(4)和套筒(5)。
光源安装在光源端(2)内，光源通过光源端(2)进行安装定位，紫外光源和蓝光光源通过速干胶固定在光源端(2)。两个接收管通过接收端(4)安装定位，然后用速干胶粘结固定。两个镜片套上密封圈后分别安装在主体(3)的两侧，通过光源端(2)与主体(3)的螺纹预紧力和接收端与主体(3)的螺纹预紧力挤压固定。光源端(2)、接收端(4)和套筒(5)均与主体(3)相连，构成智能传感器的整体结构。光源为蓝光和紫外光，并列布设。
端盖(1)上设有有固定O型圈的槽，并有六角孔能够用六角扳手拧紧使密封性可靠。
光源端(2)的内部设有凸台，紫外光源和蓝光光源套上热缩管后分别卡在对应的光源端(2)的内部凸台中，光源通过内部凸台实现径向定位；光源端(2)的端部表面设有一字凹槽，通过一字改锥将光源端(2)与主体(3)拧紧或者拆卸。
主体(3)为圆柱状对称结构，主体(3)与光源端(2)之间通过光源端的螺纹预紧力挤压各自光源对应的镜片。主体(3)与接收端(4)之间通过接收端的螺纹预紧力挤压各自检测管对应的镜片。两个镜片之间的距离即为固定光程。主体(3)的中部切有两个完全相同的弧形槽，主体(3)内部设有贯通的固定槽(6)，固定槽(6)用来走线。主体(3)的另一侧内部结构与本侧对称。主体(3)的表面设有气孔(7)。
套筒(5)用来固定电路板，电路板通过环氧树脂胶固定。并在套筒(5)的螺纹处挖有凹槽用于放置O型圈，在小头一端螺纹处拧入防水接头用来固定最终引出电线。
气孔(7)用来将小型气泵吹出来的气喷向上下两个镜片，保证镜片的清洁，避免因为镜片上附着杂物影响数据测量的准确性和可靠性。
所述传感器检测参数量程可调。
所述传感器机械结构简单，适用性强。
所述传感器水质参数量可调，更换光源方便。
所述传感器通过改变电源占空比调节光源能量，从而改变测量参数的量程。
本发明的优势如下：
1、加工精密，体积小质量轻，密封性好；
2、检测周期短、成本低；
3、拥有参比光，检测更加精确；
4、具有温度传感器，可以测量实时温度
5、能够定期清洁镜片
附图说明
图1为该传感器的装配体剖视图。
图2为装配体爆炸图。
图3为装配体主体剖视图。
具体实施方式
如图2所示，一种基于双光源水质COD检测参数的智能传感器，该智能传感器包括端盖(1)、光源端(2)、主体(3)、接收端(4)、套筒(5)。
该传感器的光源通过光源端(2)来安装定位，紫外光源和蓝光光源通过速干胶固定在光源端。两个接收管通过接收端(4)来安装定位，最后用速干胶固定。两个镜片套上密封圈后分别安装在主体(3)两侧，通过光源固定端与主体的螺纹预紧力和接收端与主体的螺纹预紧力挤压固定。光源端(2)、接收端(4)、套筒(5)均与主体相连构成传感器的整体结构。
端盖(1)挖有固定O型圈的槽，并有六角孔能够用六角扳手拧紧使密封性可靠。
紫外光源和蓝光光源套上热缩管后分别卡在对应的光源端(2)的内部凸台中，光源通过内部凸台实现径向定位；光源端(2)的端部表面设有一字凹槽，通过一字改锥将光源端(2)与主体(3)拧紧或者拆卸。
主体(3)为圆柱状对称结构，主体(3)与光源端(2)之间通过光源端的螺纹预紧力挤压各自光源对应的镜片。主体(3)与接收端(4)之间通过接收端的螺纹预紧力挤压各自检测管对应的镜片。由于传感器的尺寸是自主制定的，并非标准件，因此镜片也要根据主体设计的尺寸要求进行定制。两个镜片之间的距离即为固定光程。主体(3)的中部切有两个完全相同的弧形槽，主体内部有贯通的固定槽(6)用来走PT1000的线并固定PT1000。主体(3)的另一侧内部结构与本侧完全对称。
套筒(5)用来固定电路板，电路板用环氧树脂胶固定。并在套筒螺纹处挖有凹槽用于放置O型圈，在小头一端螺纹处拧入防水接头以固定并引出的连接电线。
气孔(7)用来将小型气泵吹出来的气喷向上下镜片，保证镜片的清洁，避免因为镜片上附着杂物影响数据测量的准确性和可靠性。
由于传感器的尺寸是自主制定的，并非标准件，因此镜片也要根据主体设计的尺寸要求进行定制。
本传感器结构适用于双光源的检测方式的水质COD参数的参数测量。激光驱动芯片中已经写入温度补偿和浊度补偿的算法，能够通过温度的实时情况对参数进行温度补偿，并通过对另一光源的数据计算来进行浊度的实时补偿。
本发明的具体实施方式如下：在电路板上增加一个改变电压调节电流的激光驱动芯片，接通电源，通过单片机上的PWM端口进行脉冲调制，调整PWM占空比，将输出的脉冲信号传到新增的改变电压调节电流的芯片，经过该芯片调节电路电流，改变光源所需要的信号，从而改变光源亮度，然后经过驱动电压模块的放大电路，放大电流信号，控制电路所需电流大小，实现改变测量参数量程的目的。
将传感器如上所述安装完成之后，将传感器浸入所需检测的样本水体中，接通电源，电源的光束穿过所需检测的样本水体中，由检测管即接收端内的硅光电池接收到相应的信号。再通过放大部分放大的模拟信号转化成数字信号传递给CPU，CPU将信号发送给电路板上的485芯片，由该485芯片，将中央处理器上传来的信号转化成485信号，该芯片具有ESD隔离、光耦隔离及电器隔离的功能，保证信号不被干扰，将传出的485信号传给上位机，从而在上位机上显示出所需要的最终的检测结果。
由于本发明的传感器是用来进行水质参数检测的，因此结构的密封性就至关重要。通常传感器的密封多采用的是涂玻璃胶密封的方式，但是这种密封方式的密封性并不是非常好，而且一旦传感器出现问题，很难进行更换或检查，只能更换新的传感器，给用户造成了很大的困扰，增加了使用的成本。本发明为了避免出现这样的问题，采用了O型圈密封的方式。O型橡胶密封圈耐磨耐用，密封性好，使用寿命长，动摩擦阻力较小，对液体的种类、温度和压力的适应性强，用一个密封圈即可起到双向密封的作用，O型圈体积小、质量轻、成本低，结构简单，装卸方便，易于更换。因此在端盖与主体的连接处、光源端与主体的连接处、镜片与主体的衔接处、接收端与主体的连接处以及主体与套筒的连接处这些需要密封的地方都采用了相应尺寸大小的O型圈加以密封，保证传感器的密封性。
本发明是一直浸入在不同类型的水体之中，因此要考虑到传感器的耐腐蚀的问题。由于一般的材质刚度和硬度不够，而铁制品和铝制品等金属制品的耐腐蚀性不够，因此只考虑使用不锈钢材料和钛合金材料来生产制造本发明的传感器。但是由于钛合金材料本身的成本过高且对于加工要求较高，加工成本也很高，因此本发明采用的是既耐腐蚀而且材料成本和加工成本较低的不锈钢材料。
Claims (2)
1.一种基于双光源水质COD检测参数的智能传感器，其特征在于：包括端盖（1）、光源端（2）、主体（3）、接收端（4）和套筒（5）；
光源安装在光源端（2）内，光源通过光源端（2）进行安装定位，紫外光源和蓝光光源通过速干胶固定在光源端（2）；两个接收管通过接收端（4）安装定位，然后用速干胶粘结固定；两个镜片套上密封圈后分别安装在主体（3）的两侧，通过光源端（2）与主体（3）的螺纹预紧力和接收端与主体（3）的螺纹预紧力挤压固定；光源端（2）、接收端（4）和套筒（5）均与主体（3）相连，构成智能传感器的整体结构；光源为蓝光和紫外光，并列布设；
端盖（1）上设有有固定O型圈的槽，并有六角孔能够用六角扳手拧紧使密封性可靠；
光源端（2）的内部设有凸台，紫外光源和蓝光光源套上热缩管后分别卡在对应的光源端（2）的内部凸台中，光源通过内部凸台实现径向定位；光源端（2）的端部表面设有一字凹槽，通过一字改锥将光源端（2）与主体（3）拧紧或者拆卸；
主体（3）为圆柱状对称结构，主体（3）与光源端（2）之间通过光源端的螺纹预紧力挤压各自光源对应的镜片；主体（3）与接收端（4）之间通过接收端的螺纹预紧力挤压各自检测管对应的镜片；两个镜片之间的距离即为固定光程；主体（3）的中部切有两个完全相同的弧形槽，主体（3）内部设有贯通的固定槽（6），固定槽（6）用来走线；主体（3）的另一侧内部结构与本侧对称；主体（3）的表面设有气孔（7）；
套筒（5）用来固定电路板，电路板通过环氧树脂胶固定；并在套筒（5）的螺纹处挖有凹槽用于放置O型圈，在小头一端螺纹处拧入防水接头用来固定最终引出电线；
气孔（7）用来将小型气泵吹出来的气喷向上下两个镜片，保证镜片的清洁，避免因为镜片上附着杂物影响数据测量的准确性和可靠性；智能传感器结构适用于双光源的检测方式的水质COD参数的参数测量；激光驱动芯片中已经写入温度补偿和浊度补偿的算法，能够通过温度的实时情况对参数进行温度补偿，并通过对另一光源的数据计算来进行浊度的实时补偿；在电路板上增加一个改变电压调节电流的激光驱动芯片，接通电源，通过单片机上的PWM端口进行脉冲调制，调整PWM占空比，将输出的脉冲信号传到新增的改变电压调节电流的芯片，经过激光驱动芯片调节电路电流，改变光源所需要的信号，从而改变光源亮度，然后经过驱动电压模块的放大电路，放大电流信号，控制电路所需电流大小，实现改变测量参数量程的目的；
将智能传感器安装完成之后，将智能传感器浸入所需检测的样本水体中，接通电源，电源的光束穿过所需检测的样本水体中，由检测管即接收端内的硅光电池接收到相应的信号；再通过放大部分放大的模拟信号转化成数字信号传递给CPU，CPU将信号发送给电路板上的485芯片，由该485芯片，将中央处理器上传来的信号转化成485信号，激光驱动芯片具有ESD隔离、光耦隔离及电器隔离的功能，保证信号不被干扰，将传出的485信号传给上位机，从而在上位机上显示出所需要的最终的检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于双光源水质COD检测参数的智能传感器，其特征在于：所述智能传感器检测参数量程可调。
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