CN202631420U

CN202631420U - 重金属在线监测仪的光电检测电路

Info

Publication number: CN202631420U
Application number: CN 201220255045
Authority: CN
Inventors: 侯日朗
Original assignee: WUXI CHUANGCHEN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUXI CHUANGCHEN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2022-05-31

Abstract

本实用新型提供了一种重金属在线监测仪的光电检测电路，包括LED光源、第一光电二极管，LED光源与第一光电二极管位于比色皿两侧，第一光电二极管接收LED光源的光线，第一光电二极管两端连接测量数据的信号处理电路，还包括第二光电二极管，所述第二光电二极管与LED光源位于比色皿同侧，接收LED光源的光线，第二光电二极管阴极连接电源正极，第二光电二极管阳极与基准电压源分别连接比较放大电路的两个输入端，基准电压源的输入电压为电源电压，比较放大电路的输出端通过输出恒流调节电路连接LED光源。优点是：采用了一个测量用的光电二极管和一个检测用的光电二极管，构成了一个闭环的测量电路，大大的提高了仪器的测量精度。

Description

重金属在线监测仪的光电检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种用于重金属监测仪的电路，具体是一种重金属在线监测仪的光电检测电路。

背景技术

在重金属在线监测仪中，光电比色法是一种常用的检测方法。就是由光源(常用的由恒流源及波长特定的LED发光管)发出的一定波长的光经滤光片滤波后，变为更加接近单色的光。此单色光通过比色皿时，被里面的样品吸收掉一部分，然后照射在光电检测器上。光电检测器将光信号的强弱转变为电信号的大小，最后经放大，由显示部分显示出测量结果。

重金属监测仪采用光电比色测量的主要理论基础是一个有关光吸收的基本定律—— 比尔—朗伯定律数学表达式 A=lg(1/T)=Kbc。其中A为吸光度，T为透射比，是透射光强度比上入射光强度K为摩尔吸收系数，它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关。c为吸光物质的浓度，b为吸收层厚度。

物理意义是：当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,与其吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度b成正比.

测量时一般先以不含被测重金属成分的空白溶液作参比，此时所测得的值作为基值。将带有一定量重金属成分的溶液（标准液或测量液）所测得的值作为模拟量。将模拟量除以基值并取对数就可以得出吸光度。

所以基值和模拟量在计算吸光度时是一个极重要的参数，基值是否稳定模拟量是否准确将直接影响吸光度是否准确（也将直接影响测量的结果）

传统的光电比色测量仪器的基本组成：一般由光源、滤光片、比色皿、光电检测及信号处理电路等五部分组成，图1所示。可以看出，传统的光电比色测量实际上是一个单发单收模式的光电耦合器，只不过传输的介质是含有被测重金属成分的溶液。在溶液的前面由LED光源发出一特定波长的光波经过试剂衰减后被光电二极管接受。由于LED容易受温度等因素的干扰，造成测量的不稳定。虽然影响模拟量的因素比较复杂，但LED的变化对模拟量的测量影响也是很大的。虽然LED发光管的供电电源采用了及其稳定的恒流源，但由于LED的特性所致，LED的波长及光的强度极易受温度等因素的干扰，造成测量的不稳定。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种重金属在线监测仪的光电检测电路，在传统的光电比色测量方法中，加装一个用于监测光信号稳定性的电路并组成闭环控制回路以提高重金属在线监测仪的测量精度。

按照本实用新型提供的技术方案，所述的重金属在线监测仪的光电检测电路，包括LED光源、第一光电二极管，LED光源与第一光电二极管位于比色皿两侧，第一光电二极管接收LED光源的光线，第一光电二极管两端连接测量数据的信号处理电路，还包括第二光电二极管，所述第二光电二极管与LED光源位于比色皿同侧，接收LED光源的光线，第二光电二极管阴极连接电源正极，第二光电二极管阳极与基准电压源分别连接比较放大电路的两个输入端，基准电压源的输入电压为电源电压，比较放大电路的输出端通过输出恒流调节电路连接LED光源。

所述第二光电二极管阳极通过一个电压跟随器连接比较放大电路的负输入端，第二光电二极管阳极还通过第六电阻接地。

所述基准电压源包括：电源正极通过第七电阻连接基准稳压二极管阴极，基准稳压二极管阳极接地，基准稳压二极管阴极依次连接第八电阻、可变电阻和第十电阻到地，可变电阻的调节端连接比较放大电路的正输入端。

所述比较放大电路包括：第一运算放大器的负输入端和输出端之间并联第四电阻和电容，第一运算放大器的正输入端连接基准电压源。

所述输出恒流调节电路包括：第二运算放大器的负输入端连接LED光源的阴极，并通过第二电阻接地，第二运算放大器的正输入端连接比较放大电路的输出端，第二运算放大器的输出端连接三极管基极，三极管集电极接电源正极，三极管发射极通过第一电阻连接LED光源的阳极。

本实用新型的优点是：采用了一个测量用的光电二极管和一个检测用的光电二极管，构成了一个闭环的测量电路。因而经过改进后的光电检测电路大大的提高了仪器的测量精度。

附图说明

图1是现有技术结构示意图。

图2是本实用新型结构示意图。

图3是本实用新型电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

本光电检测装置是一套用于重金属在线监测仪比色测量中对发光管LED的光信号进行监测以及在光电转换过程中作自动控制及调节的装置。该装置是一套简单实用的但控制是闭环的，因而是实时的连续的。要实现以上的目标，该光电检测装置采用的是一个LED发光管、二个特性相同的光电二极管。LED发光管与外界隔有滤光片。其中一个光电二极管作为正常的测量用，另一个光电二极管作为光电检测用。二个光电二极管所安装的位置是特定的。测量用的光电二极管必须装在比色皿（即被测液体）的后面，这样就能正常的测量到被测液体的变化；而作为检测用的光电二极管必须装在比色皿（即被测液体）的前面，这样就不会受到被测液体的变化的影响。监测光信号稳定性的方法是，由检测用的光电二极管监测发光管LED的变化，再与精密的基准电压源进行比较，将差值信号放大后回过头去调节发光管的工作电流，以达到一个稳定的输出的目的。整套装置所包含的部分是：安装检测用的光电二极管的支架部分；控制电路部分包含LED光电监测、基准压电源、比较放大电路以及输出恒流调节电路。

如图2所示，本实用新型包括LED光源、第一光电二极管，LED光源与第一光电二极管位于比色皿两侧，第一光电二极管接收LED光源的光线，第一光电二极管两端连接测量数据的信号处理电路，还包括第二光电二极管，所述第二光电二极管与LED光源位于比色皿同侧，接收LED光源的光线，第二光电二极管阴极连接电源正极，第二光电二极管阳极与基准电压源分别连接比较放大电路的两个输入端，基准电压源的输入电压为电源电压，但基准电压源的温度系数及稳定度取决于基准稳压二极管，比较放大电路的输出端通过输出恒流调节电路连接LED光源。

图1所示现有技术的光电比色测量电路实际上是一个开环的测量电路。本光电检测电路在试剂的前方增加一个用于反馈的光电接受电路用于监测LED的变化并与精密电源进行比较，对LED的光信号作必要的补偿，从而达到提高测量精度的目的。

此外，由于采用了二个性能相同的光电二极管检测器，从理论上来说当LED光源（发光二极管）受到温度等因素的干扰时，对二个光电二极管检测器产生的影响应该是同步的。这样就有可能采取措施将其影响抵消或减少。

由于作为检测用的光电二极管是装在比色皿之前，因而它不受比色皿内溶液的影响而只受LED发光管的影响；而作为测量用的光电二极管是装在比色皿之后，它除了受LED发光管的影响外，还受比色皿内溶液的影响。当将LED发光管光信号漂移的影响尽可能的抵消或减少后，它的输出主要取决于比色皿内溶液的浓度。这样就大大的提高了仪器的测量精度。

本实用新型的具体电路如图3所示。第二光电二极管阳极通过一个电压跟随器（由运算放大器U1/1构成）连接比较放大电路的负输入端，第二光电二极管阳极还通过第六电阻R6接地。所述基准电压源包括：电源正极通过第七电阻R7连接基准稳压二极管D3阴极，基准稳压二极管D3阳极接地，基准电压源依次连接第八电阻R8、可变电阻R9和第十电阻R10到地，可变电阻R9的调节端连接比较放大电路的正输入端。所述比较放大电路包括：第一运算放大器U2/1的负输入端和输出端之间并联第四电阻R4和电容C，第一运算放大器U2/1的正输入端连接基准电压源。所述输出恒流调节电路包括：第二运算放大器U2/2的负输入端连接LED光源的阴极，并通过第二电阻R2接地，第二运算放大器U2/2的正输入端连接比较放大电路的输出端，第二运算放大器U2/2的输出端连接三极管Q基极，三极管Q集电极接电源正极，三极管Q发射极通过第一电阻R1连接LED光源的阳极。

本实用新型电路的调整及使用方法如下。

1. 先用固定输出的恒流源选择一个合适的输出代替本装置的输出。

2. 调节重金属在线监测仪放大器的放大倍数，使测量到的基值在一个合适的位置。

3. 用电压表测量运算放大器U1/1同相输入端的电压值，如果装置的光电二极管安装的位置合适，该电压值应该与恒流源的输出相对应，比如当恒流源电流在10mA时，该电压值大概在1.25V左右。由于是闭环自动调节，所以该电压值不需要很严格，但也要七八不离十。目的是验证光电二极管的安装位置是否合适使其有一个较适当的反馈量。

4. 将固定输出的恒流源去掉，改用本装置的恒流输出，此时重金属在线监测仪显示的基值会发送改变。可以调节本装置基准电压源的可调电位器，使重金属的基值回到原来所需要的数值。

5. 调整完成，电路将进入自动控制状态。

Claims

1. 重金属在线监测仪的光电检测电路，包括LED光源、第一光电二极管，LED光源与第一光电二极管位于比色皿两侧，第一光电二极管接收LED光源的光线，第一光电二极管两端连接测量数据的信号处理电路，其特征是：还包括第二光电二极管，所述第二光电二极管与LED光源位于比色皿同侧，接收LED光源的光线，第二光电二极管阴极连接电源正极，第二光电二极管阳极与基准电压源分别连接比较放大电路的两个输入端，基准电压源的输入电压为电源电压，比较放大电路的输出端通过输出恒流调节电路连接LED光源。

2.如权利要求1所述重金属在线监测仪的光电检测电路，其特征是，所述第二光电二极管阳极通过一个电压跟随器连接比较放大电路的负输入端，第二光电二极管阳极还通过第六电阻（R6）接地。

3.如权利要求1所述重金属在线监测仪的光电检测电路，其特征是，所述基准电压源包括：电源正极通过第七电阻（R7）连接基准稳压二极管（D3）阴极，基准稳压二极管（D3）阳极接地，基准稳压二极管（D3）阴极依次连接第八电阻（R8）、可变电阻（R9）和第十电阻（R10）到地，可变电阻（R9）的调节端连接比较放大电路的正输入端。

4.如权利要求2所述重金属在线监测仪的光电检测电路，其特征是，所述比较放大电路包括：第一运算放大器（U2/1）的负输入端和输出端之间并联第四电阻（R4）和电容（C），第一运算放大器（U2/1）的正输入端连接基准电压源。

5.如权利要求1所述重金属在线监测仪的光电检测电路，其特征是，所述输出恒流调节电路包括：第二运算放大器（U2/2）的负输入端连接LED光源的阴极，并通过第二电阻（R2）接地，第二运算放大器（U2/2）的正输入端连接比较放大电路的输出端，第二运算放大器（U2/2）的输出端连接三极管（Q）基极，三极管（Q）集电极接电源正极，三极管（Q）发射极通过第一电阻（R1）连接LED光源的阳极。