CN200944090Y - 手持式光电检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于光电检测技术领域，尤其是用于检测亚硝酸盐、硝酸盐、甲醛、敌鼠、铜、尿素等的场合，具体讲涉及手持式光电检测装置，为提供测量试纸所含化学浓度在线检测的手持式光电检测装置，本实用新型包括光源，依次相连的暗盒、光电转换模块、前置放大电路、二级放大电路、A/D转换器、检测器，检测器分别连接汉字LCD显示电路、存储电路、打印接口电路、控制开关和光源，还包括为光源、控制开关和检测器供电的电源。本实用新型主要用于检测亚硝酸盐、硝酸盐、甲醛、敌鼠、铜、尿素等。
Description
技术领域
本实用新型属于光电检测技术领域领域，尤其是用于检测亚硝酸盐、硝酸盐、甲醛、敌鼠、铜、尿素等的场合，具体讲涉及手持式光电检测装置。
背景技术
近年来，环境中的污染物日益增多，中毒事件不断发生。如果能准确地检测出引起中毒反应的物质的含量，对于及时采取救治措施起到至关重要的作用。传统的检测仪器多采用光谱仪器，由于体积庞大、结构复杂，测出结果后，还需专业人员进行计算，因此很难应用于现场检测。关于现场定量检测装置的研究，国外有此类检测装置，但指标的检出限低，国内尚未报道。
发明内容
为克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于：提供一种准确、灵敏、体积小、重量轻、防颠簸、含量直读、数字显示、可外接打印机，携带方便的可用于现场定量检测亚硝酸盐、硝酸盐、甲醛、敌鼠、铜、尿素的智能型手持式光电检测装置，本实用新型采用的技术方案是，一种手持式光电检测装置，包括：光源，依次相连的暗盒、光电转换模块、前置放大电路、二级放大电路、A/D转换器、检测器，检测器分别连接汉字LCD显示电路、存储电路、打印接口电路、控制开关和光源，还包括为光源、控制开关和检测器供电的电源。
所说的光源为绿色高亮发光二极管列、蓝色高亮发光二极管列。
所说的光电转换模块由光敏三极管构成。
所说的前置放大器为CMOS斩波稳零运放集成电路。
所说的二级放大电路由高精度低漂移器件运算集成电路构成。
所说的A/D转换器采用12位的A/D转换集成电路
所说的检测器以WT8E58单片机为核心构成。
所说的存储电路为EEPROM器件作为数据存储器的存储电路。
由于本实用新型采用了光源、暗盒、光电转换模块结构，以及前置放大电路、二级放大电路、A/D转换器、检测器构成的检测放大电路结构，检测器还分别连接汉字LCD显示电路、存储电路、打印接口电路、因而，本实用新型可带来以下技术效果：
1.检测结果准确、检测的灵敏度高；
2.体积小、重量轻、防颠簸、携带方便；
3.检测结果可以直读出并可数字显示，并有打印接口。
4.检测项目多。
附图说明
图1为手持式光电检测器原理框图。
图2为手持式光电检测器外观示意图。
图3为本实用新型涉及的软件流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，分四部分，进一步说明本实用新型。
1原理与方法
本实用新型实施例检测器采用光学方法，利用所含不同化学浓度的试纸的不同的吸收光谱特性，对其照射试纸的反射光进行检测。光电倍增管作为传感器，接收反射光。光电倍增管输出的信号经前置放大器放大，二级放大后送入高速信号采集单元，信号采集和处理单元将信号进行软件平均滤波，在采用适当的算法进行处理，最后得到试纸所含的化学浓度。此外检测器还可进行所测化学浓度值的存储，汉字LCD的显示。
2硬件系统设计
因为被测项目的特性关系，工作在480nm波长的光经试纸反射后能量很低，在设计中需从光源和光接受这两个方面着重考虑，配合密闭性能高的暗盒增加检测器的精确度，这里选择了直径5mm，超高亮度的RB504-BC和RB506-BL两种不同波长的发光二极管作为光源以满足不同检测项目的需要；光接受则采用直窗式高灵敏度光电倍增管完成光电转换，放大电路将电量信号放大后再由A/D转换电路把模拟信号转换成数字信号输入单片机进行测算。检测器以输入程序，型号为W78E58的单片机作核心，配合控制电路将输入的数据测算出结果输出到显示器或打印接口。
结合附图具体说明如下：
本实用新型实施例光电检测器，由两部分组成：壳体和机芯。
所述检测器壳体设置有显示器、功能按键、滑盖及试纸固定架、模拟开关，见图2，所述的试纸固定架为密闭结构，试纸固定架上方设置一滑盖起到暗室操作的作用。
所述检测器机芯设计为手持便携式结构，用4节5号电池作为供电电源。在设计中，采用光强高、波长适宜、直径为5mm的绿色高亮发光二极管列(RB504-BC)、蓝色高亮发光二极管列(RB506-BL)作为光源。在设计中采用HD-506R(光敏三极管)作接受，由HD-506R完成光电转换。通过发光二极管照射试纸，反射光经直窗和侧窗式暗盒后由HD-506R(光敏三极管)接收其反射光，HD-506R(光敏三极管)接收到的电压信号变化量往往比较低(几个mV)，因采样电路输出为毫伏级，必须采用两级放大电路才能达到A/D输入要求，所以在设计中采用前置放大和二级放大。前置放大器采用CMOS斩波稳零运放ICL7650集成电路，它具有高增益，高共模抑制比，极低的失调电压和温漂，其具有较高的工作稳定性和优良的高精度放大性能；二级放大电路由于输入电压相对来说较大，所以采用了另一种高精度低漂移器件OP07运算集成电路，它具有极高的时间稳定性。A/D转换器采用MAX187，集成电路，其为12位的A/D转换器能满足设计的要求。检测器以WT8E58单片机为核心实现数据采集和控制，配合测量放大电路，汉字LCD显示电路，存储电路，打印接口电路，完成所需的检测或打印输出要求。在设计中检测器的显示采用128*64点阵液晶显示模块，型号为T4069C，一屏显示8*4个汉字，能满足汉字显示的要求。在设计中采用型号为X50C45的EEPROM器件作为数据存储器，可以满足采集数据的存储要求。
下面结合附图对本实用新型做进一步描述。单片机(见软件流程)作为核心器件，分别与控制电路、存储器电路、显示电路、A/D转换电路和打印接口电路相连接，接通电源后，单片机即进行初始化，按照控制按键指令调出储存在存储器内的检测项目及标准数据待机，将需检测的试纸放入直窗和侧窗式暗盒内的试纸架上，关闭滑盖，当按下选择键时，单片机发出指令点亮位于暗盒内的发光二极管也就是光源，此时光照在试纸条上反射至和光源相同方向的侧窗内，由安装在侧窗内的光敏三极管将光转变为电量信号，此电量信号经前置放大器、二级放大器、A/D转换后由单片机进行和标准数据的对比运算处理，并将处理后的检测数据结果显示在液晶面板上，显示的检测数据结果有打印和存储两个选项供选择，取消或选择后完成一个工作循环，仪器重新初始化后进入待机状态。
3控制软件流程
整个软件设计采用模块化设计，主要有主程序，数据采集子程序，数据处理子程序，显示子程序。主程序完成整个工作流程的管理任务，包括初始化程序，按键和显示管理。数据采集子程序完成对光源(发光二极管)的点亮和A/D转换后的数据采集。数据处理子程序完成对采集的数据的软件平均滤波，算法的计算。显示子程序生成16*16的小型汉字点阵库，完成汉字LCD的显示。程序流程图见图3。
特点：采用单片机控制检测技术，检测范围广，精度高，存储数据多，并可根据不同检测对象，升级检测软件，增加新的检测项目。
4.数据采集
4.1敌鼠试纸检测方法数据采集
配制0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、2.0g/L浓度的敌鼠标准溶液，取敌鼠检测试纸条，将试纸插入各敌鼠标准溶液中2-3分钟后取出，7分钟后于手持式光电检测器读取电压值，对此操作重复测定多次(测定次数大于50)，取各点的平均值。将得到的数据进行数据处理并转入控制软件流程。对每次测定的相关系数有严格要求，相关系数r＝-0.9900~-0.9999.
4.2亚硝酸盐试纸检测方法数据采集
配制0.0、2.5、5.0、7.5、10.0、12.5、15.0m g/Kg浓度的亚硝酸盐标准溶液，取亚硝酸盐检测试纸条，将试纸插入各亚硝酸盐标准溶液中15秒后取出，1分钟后于手持式光电检测器读取电压值，对此操作重复测定多次(测定次数大于50)，取各点的平均值。将得到的数据进行数据处理并转入控制软件流程。对每次测定的相关系数有严格要求，相关系数r＝-0.9900~-0.9999.
4.3硝酸盐试纸检测方法数据采集
配制0.0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0m g/Kg浓度的硝酸盐标准溶液，取硝酸盐检测试纸条，将试纸插入各硝酸盐标准溶液中30秒后取出，2分钟后于手持式光电检测器读取电压值，对此操作重复测定多次(测定次数大于50)，取各点的平均值。将得到的数据进行数据处理并转入控制软件流程。对每次测定的相关系数有严格要求，相关系数r＝-0.9900~-0.9999.
4.4甲醛试纸检测方法数据采集
配制0.0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0m g/Kg浓度的甲醛标准溶液，取甲醛检测试纸条，将试纸插入各甲醛标准溶液中10秒后取出，5分钟后于手持式光电检测器读取电压值，对此操作重复测定多次(测定次数大于50)，取各点的平均值。将得到的数据进行数据处理并转入控制软件流程。对每次测定的相关系数有严格要求，相关系数r＝-0.9900~-0.9999.
4.5铜试纸检测方法数据采集
配制0.0、2.5、5.0、7.5、10.0、12.5、15.0m g/Kg浓度的铜标准溶液，取铜检测试纸条，将试纸插入各铜标准溶液中15秒后取出，1分钟后于手持式光电检测器读取电压值，对此操作重复测定多次(测定次数大于50)，取各点的平均值。将得到的数据进行数据处理并转入控制软件流程。对每次测定的相关系数有严格要求，相关系数r＝-0.9900~-0.9999.
4.6尿素试纸检测方法数据采集
配制0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0g/L浓度的尿素标准溶液，取尿素检测试纸条，将试纸插入各尿素标准溶液中30秒后取出，2--7分钟后于手持式光电检测器读取电压值，对此操作重复测定多次(测定次数大于50)，取各点的平均值。将得到的数据进行数据处理并转入控制软件流程。对每次测定的相关系数有严格要求，相关系数r＝-0.9900~-0.9999.
测试例1：取敌鼠污染的样品处理液于5ml烧杯中，将敌鼠检测试纸浸入样品处理液中，3分钟后取出；开启手持式光电检测器，选定敌鼠检测程序，7分钟后将敌鼠检测试纸插入光电检测器中试纸固定架中，将滑盖闭合，读取显示数据，同时按下存储键，可进行数据查询并可与打印机联机进行打印。
测试例2：取亚硝酸盐检测样品处理液于5ml烧杯中，将亚硝酸盐检测试纸浸入样品处理液中，15秒后取出；开启手持式光电检测器，选定亚硝酸盐检测程序，1分钟后将亚硝酸盐检测试纸插入光电检测器中试纸固定架中，将滑盖闭合，读取显示数据，同时按下存储键，可进行数据查询并可与打印机联机进行打印。
测试例3：取硝酸盐检测样品处理液于5ml烧杯中，将硝酸盐检测试纸浸入样品处理液中，30秒后取出；开启手持式光电检测器，选定硝酸盐检测程序，2分钟后将硝酸盐检测试纸插入光电检测器中试纸固定架中，将滑盖闭合，读取显示数据，同时按下存储键，可进行数据查询并可与打印机联机进行打印。
测试例4：取甲醛检测样品处理液于5ml烧杯中，将甲醛检测试纸浸入样品处理液中，10秒后取出；开启手持式光电检测器，选定甲醛检测程序，5分钟后将甲醛检测试纸插入光电检测器中试纸固定架中，将滑盖闭合，读取显示数据，同时按下存储键，可进行数据查询并可与打印机联机进行打印。
测试例5：取铜检测样品处理液于5ml烧杯中，将铜检测试纸浸入样品处理液中，15秒后取出；开启手持式光电检测器，选定铜检测程序，1分钟后将铜检测试纸插入光电检测器中试纸固定架中，将滑盖闭合，读取显示数据，同时按下存储键，可进行数据查询并可与打印机联机进行打印。
测试例6：取尿素检测样品处理液于5ml烧杯中，将尿素检测试纸浸入样品处理液中，30秒后取出；开启手持式光电检测器，选定尿素检测程序，2--7分钟后将尿素检测试纸插入光电检测器中试纸固定架中，将滑盖闭合，读取显示数据，同时按下存储键，可进行数据查询并可与打印机联机进行打印。
Claims (8)
1.一种手持式光电检测装置，其特征是，包括：光源，依次相连的暗盒、光电转换模块、前置放大器、二级放大电路、A/D转换器、检测器，检测器分别连接汉字LCD显示电路、存储电路、打印接口电路、控制开关和光源，还包括为光源、控制开关和检测器供电的电源。
2.根据权利要求1所述的一种手持式光电检测装置，其特征是，所说的光源为绿色高亮发光二极管列、蓝色高亮发光二极管列。
3.根据权利要求1所述的一种手持式光电检测装置，其特征是，所说的光电转换模块由光敏三极管构成。
4.根据权利要求1所述的一种手持式光电检测装置，其特征是，所说的前置放大器为CMOS斩波稳零运放集成电路。
5.根据权利要求1所述的一种手持式光电检测装置，其特征是，所说的二级放大电路由高精度低漂移器件运算集成电路构成。
6.根据权利要求1所述的一种手持式光电检测装置，其特征是，所说的A/D转换器采用12位的A/D转换集成电路。
7.根据权利要求1所述的一种手持式光电检测装置，其特征是，所说的检测器以WT8E58单片机为核心构成。
8.根据权利要求1所述的一种手持式光电检测装置，其特征是，所说的存储电路为EEPROM器件作为数据存储器的存储电路。
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