CN201488943U - 一种智能化浊度分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种智能化浊度分析仪，包括：检测系统，和所述检测系统串联的信号处理电路，和所述信号处理电路串联的用来计算浊度值的控制器，所述检测系统具体为两个光源和所述两个检测器，通过采用调制光源驱动和双光源双检测器的结构，能有效消除背景光等噪声的干扰和光源及检测器变化带来的影响；采用低带宽的带通滤波器结构，能进一步消除叠加在有效信号上的各种干扰信号；采用散射光和透射光之比来计算最终浊度值，提高了传感器的线性度。并且散透射信号都减去板子的零点信号，能消除因板子漂移带来的误差；专门的消泡器和软件中的消泡算法，有效的消除了流路中气泡的影响。

Description

一种智能化浊度分析仪

技术领域

本实用新型涉及仪器仪表技术领域，更具体地说，涉及一种智能化浊度分析仪。

背景技术

随着环保事业的发展，人类对环境保护越来越重视，而在评价建设项目对环境影响的水质监测中，浊度是水质指标的重要参数之一。在污水、饮用水和地表水处理及水的循环利用中，以及在工业上，化工、石油、冶金、印染、造纸、制药、食品等行业，水体浊度的监测都十分重要。

采用浊度分析仪对水体的浊度进行检测，是使水中非溶性物质含量符合要求进而控制水质的重要手段。浊度仪测量浊度主要是基于光的散、透射原理，即光线穿过水体时，一部分光会被水体中的悬浮物质散射，从而使穿过水体的光强发生变化，散射光强和透射光强跟水体中悬浮物质的浓度有关，利用光电检测器件检测透过水体的散射光或透射光的强度，就可以通过一定的算法得出水中的悬浮物质浓度，即浊度。然而，浊度仪的应用环境大都存在干扰，加上测量信号一般是弱电信号，并且浊度测量还会受水体色度、气泡、窗口污染等因素的影响，所以干扰对数据采集的影响不可忽略。现今，国外浊度仪在消除各种测量干扰上已经有了完备的技术，仪器测量的准确度等性能都相对较好，但是价格相对昂贵，而且仪器的日常维护工作和出现故障后的维修都只能依靠厂家的售后服务，会对正常的工作带来一定的不便。国内浊度仪虽然在吸收消化国外先进技术的基础上，性能上有了很大改进，但是性能优良的国产仪器仍旧较少，国外浊度仪仍旧占有大部分国内市场。

现在，普遍使用的为一种散透射多光路浊度仪，该浊度仪利用散射光和透射光差动输出计算得出溶液的浊度值，由于透射光测量的是悬浮物和色度共同对光强的衰减，而散射光测出的只有液体中悬浮物引起的光衰减。因此，利用散透射光差动输出，能同时测量出液体的浊度和色度，去除色度值，就能得到液体的浊度值。由于噪声信号在散透射信号上干扰量是基本相同的，因此，该浊度仪能有效消除色度、噪声干扰等影响。

上述浊度仪采用散射和透射共同测量水体浊度，能有效消除色度、噪声干扰等因素的影响，但是对光源变化、窗口污染等因素引起测量误差难以很好的消除。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种智能化浊度分析仪，以实现消除光源强度变化、窗口污染等各种外界干扰带来的影响。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种智能化浊度分析仪，包括：

检测系统；

和所述检测系统串联的信号处理电路；

和所述信号处理电路串联的用来计算浊度值的控制器，所述检测系统具体为两个光源和所述两个检测器。

优选的上述智能化浊度分析仪，其中的信号处理电路具体包括：

光源驱动电路；

I/V转换电路；

和所述I/V转换电路连接的带通滤波电路；

和所述带通滤波电路串联的乘法解调电路；

和所述乘法解调电路串联的低通滤波电路。

优选的上述智能化浊度分析仪中的带通滤波器为低带宽带通滤波器。

优选的上述智能化浊度分析仪，还包括：和检测系统串联的消泡器。

优选的上述智能化浊度分析仪中的控制器中设置有消泡算法。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型实施例有以下优点：

1、采用调制光源驱动和双光源双检测器的结构，能有效消除背景光等噪声的干扰和光源及检测器变化带来的影响；

2、采用低带宽的带通滤波器结构，能进一步消除叠加在有效信号上的各种干扰信号；

3、采用散射光和透射光之比来计算最终浊度值，提高了传感器的线性度。并且散透射信号都减去板子的零点信号，能消除因板子漂移带来的误差；

4、专门的消泡器和控制器软件中的消泡算法，有效的消除了流路中气泡的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种智能化浊度分析仪结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的检测系统结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的信号处理电路结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种智能化浊度分析仪结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种智能化浊度分析仪，以实现消除由于光源强度变化、窗口污染以及各种外界干扰带来的对检测精度的影响。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的一种智能化浊度分析仪结构示意图，本实用新型智能化浊度分析仪包括：检测系统，信号控制电路和控制器。信号控制电路分别和检测系统及控制器连接。

本实用新型的基本工作原理为：通过检测系统可以得到两个透射信号和两个90度散射信号，上述信号在经过信号控制电路后送给控制器，控制器按照既定的软件算法将其转换为相应的浊度值。

请参阅图2，图2为本实用新型实施例提供的检测系统结构示意图，其中a为检测器1，b为检测器2，A光源1，B为光源2。

光源1工作，检测器1接收透射信号，检测器2接收散射信号；反之光源2工作时，检测器1接收散射光，检测器2接收透射光。如此光源交替工作，就可以得到两个透射信号和两个90度散射信号，这两个信号在经过信号处理电路后送给控制器，控制器按照既定的软件算法将其转换为相应的浊度值。

本实用新型也是利用散射和透射共同测量浊度，因此可以基本消除色度的影响，并且采用双光源交替工作，可以消除光源和检测器参数变化以及窗口污染对测量带来的影响。

下面将重点介绍采用双光源交替工作是怎样消除光源和检测器参数变化以及窗口污染对测量带来影响的。

利用双光源双检测器消除干扰原理：当一束平行光穿过被测液体时，被测液体中的悬浮物会对光线产生散射，根据郎伯比尔定律，散射光表达式为：

I_S＝NLSe^-σCD            (1)

式(1)中，L为光源强度，S为检测器灵敏度；N为被测液体中固体悬浮物质总量，与浊度成正比；σ为光束截面；C为介质浓度，它影响光在液体中的吸收度；D为光在液体中的传播距离；e为自然常数，作为指数函数的底数，e约等于2.7183，透射光的表达式为：

I_T＝LSe^-σCD             (2)

式(2)中，各字母含义同(1)式。

光源强度和检测器检测灵敏度都可能会在测量过程中发生变化，窗口污染也会影响到透光率，从而使透过光强发生变化。假设光源1和光源2的光源强度分别为L₁和L₂，检测器1和检测器2的检测灵敏度分别为S₁和S₂，用D表示透射光在液体中的传输距离，用d表示散射光光在液体中的传输距离。

则由(1)、(2)式可知，当光源交替工作时，检测器接收到的散透射信号分别为

I_S1＝NL₁S₂e^-σCd        (3)

I_T1＝L₁S₁e^-σCD         (4)

I_S2＝NL₂S₁e^-σCd        (5)

I_T2＝L₂S₂e^-σCD         (6)

为了消除光源强度和检测器灵敏度的影响，将式(3)除于式(4)，式(5)除于式(6)可得：

$\frac{I_{S1}}{I_{T1}}=\frac{N{L}_1{S}_2{e}^{-\mathrm{\σCd}}}{L_1{S}_1{e}^{-\mathrm{\σCD}}}=N\frac{S_2{e}^{-\mathrm{\σCd}}}{S_1{e}^{-\mathrm{\σCD}}}---\left(7\right)$

$\frac{I_{S2}}{I_{T2}}=\frac{N{L}_2{S}_1{e}^{-\mathrm{\σCd}}}{L_2{S}_2{e}^{-\mathrm{\σCD}}}=N\frac{S_1{e}^{-\mathrm{\σCd}}}{S_2{e}^{-\mathrm{\σCD}}}---\left(8\right)$

再将式(7)乘于式(8)可得：

$\frac{I_{S1}{I}_{S2}}{I_{T1}{I}_{T2}}=N^2\frac{{\left(e^{-\mathrm{\σCd}}\right)}^2}{{\left(e^{-\mathrm{CD}}\right)}^2}---\left(9\right)$

通过上式可以看出，只要光束截面积和散透射的光程固定，则最终的浊度值和光源强度以及检测器的检测灵敏度均无关系，因此可以消除光源和检测器变化带来的影响。因此，由于光源窗口污染带来的影响也可以消除。

下面介绍信号控制电路是怎样消除噪声干扰的。

请参阅图3，图3为本实用新型实施例提供的信号处理电路结构示意图。

该信号控制电路由光源驱动电路、I/V转换电路、带通滤波器、乘法解调器和低通滤波器等部分构成。

如图3所示，光源驱动电路给光源提供一个交流驱动信号，对光源光强进行调制，得到一个交流光强信号；检测器接收到散射光和透射光后产生一个同频率的电流信号，该电流信号经过I/V转换变成电压信号；检测器检测出的信号经过带通滤波器滤波，滤除叠加在有效信号上的杂波；带通滤波器处理过后的信号经过乘法器与基准信号相乘对信号进行解调，该相乘所得的信号经过低通滤波器滤波后即可得到最终的散射值或透射值。

在该信号处理电路中，因为对信号进行了调制解调，因此，能消除掉背景光等白噪声的影响，另外带通滤波器只允许带通频带内的信号能够通过，因此控制带通参数，就能使有用信号通过而限制噪声信号通过，故可消除噪声信号的干扰。

下面介绍控制器是如何得到浊度值的。

光源交替工作和关断，就会得到一个数值矩阵，控制器对这些数字进行处理即可得到浊度值。具体工作过程为：

令光源1工作、光源2关断，可得到两个信号，检测器1接收透射信号，测量值为T1，检测器2接收散射信号，测得值为S1；再令光源2工作，光源1关断，检测器2接收透射信号，测量值为T1，检测器1接收散射信号，测得值为S2；最后令光源1、光源2都关断，此时得到两个零点信号，散射值S0和透射值T0。对这几个数值进行处理后得到跟浊度值有关的中间变量MidValue。

$\mathrm{MidValue}=\sqrt{(S1-S0)(S2-S0)/(T1-T0)(T2-T0)}---\left(10\right)$

在一定范围内，浊度值与MidValue值呈线性关系，因此可以通过MidValue计算浊度值。

通过式(3)到式(9)可以知道，通过该算法，可以有效的消除光源变化、检测器变化以及窗口污染等带来的干扰。并且由于减去了电路板的零点信号，因此也可以消除电路漂移带来的影响。

请参阅图4，图4为本实用新型实施例提供的另一种智能化浊度分析仪结构示意图，由图4可知，在上一实施例智能化浊度分析仪基础上又添加了一个消泡器，所述消泡器设置在检测系统前面，用来消除流路中的气泡，同时为了防止有个别气泡进入检测系统而对测量结果造成影响，还在控制器算法中加上消泡算法，能进一步消除个别气泡带来的干扰。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种智能化浊度分析仪，包括：

检测系统；

和所述检测系统串联的信号处理电路；

和所述信号处理电路串联的用来计算浊度值的控制器，其特征在于，所述检测系统具体为两个光源和所述两个检测器。

2.根据权利要求1所述的智能化浊度分析仪，其特征在于，所述信号处理电路具体包括：

光源驱动电路；

I/V转换电路；

和所述I/V转换电路连接的带通滤波器；

和所述带通滤波器串联的乘法解调器；

和所述乘法解调器串联的低通滤波器。

3.根据权利要求2所述的智能化浊度分析仪，其特征在于，所述的带通滤波器为低带宽带通滤波器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的智能化浊度分析仪，其特征在于，还包括：和检测系统串联的消泡器。

5.根据权利要求4所述的智能化浊度分析仪，其特征在于，所述控制器中设置有消泡算法。

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