CN202693474U - 一种用于水质在线检测的浊度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种用于水质在线检测的浊度传感器,包括壳体和光源;所述光源设于壳体内,光源的前端依次设有石英玻璃片,以及同轴的光通道和水通道;所述水通道的外壁周向设有光电转换器;光电转换器通过电缆线与设于壳体内的单片机相连,单片机的输出端通过电缆与外接设备相连,单片机将光电转换器输出电压转换为浊度值并进行显示和处理。本实用新型光电转换器成环状部置于水通道外侧,从而最大限度增加了接收有效散射光的量,使得系统无需增加运算放大器件即可进行信号采样;在检测方法中对光源的工作时间进行调整,增加了光源使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于电子信息技术领域,尤其涉及一种用于水质在线检测的浊度传感器。
背景技术
随着人们生活水平的提高,以及对饮水与健康关系研究的不断深入,人们对饮用水水质的要求也在不断提高。浊度是水样光学性质的一种表达语,它不但是衡量水质良好程度的重要指标之一,也是考核水处理效果的重要依据,因此,对浊度的在线监测具有非常重要的现实意义。
浊度检测的基本原理为:使用一束固定波长的入射光射入待检测的水体中,在入射光的一个固定角度(一般为90°)上和距离处检测水体散射光强度。检测散射光的器件主要由硅光电池、光电接收管、光电倍增管等光电转换器件构成。例如CN201010249430.9公开了一种水质浊度检测装置。其结构包括光电开关及具有进水口与出水口的壳体,所述壳体的上下两面均为相互对应的全透视玻璃板,在下面玻璃板的下面设有反射板,所述光电开关与反射板的位置相对应,在壳体内设有保持上下玻璃面全透视效果的擦试装置。它是利用光的反射原理,使光线通过水质层到达反射板,通过反射板的反射再经水质层,检测有多少光线反射回去,加以辨别,得出水质的浑浊数据。
至今所公布的文献中,散射光检测都是在入射光90°方向,并且仅在一个位置部署散射光接收元件,这样导致接收的散射光量非常有限,使得系统必须增加运算放大器件,运算放大器件用于放大光电转换器件的输出电流,才能实现有效的信号检测。特别是在饮用水等低浊度水质检测应用中更是如此。一方面,运算放大器件增加了检测系统环节,带来一定程度可靠性的下降;另一方面,运算放大器件本身会受到温度影响,产生零点漂移问题,从而降低了浊度检测的准确性。
在浊度检测中,光源是非常重要部分,光源的强度和稳定性,直接影响检测的效果。一般情况下,较强的光源所产生的散射光强也较强,使得检测散射光也更容易。光源器件的输出光功率越大,器件的温度会越高,导致光强稳定性变差,器件寿命缩短。
发明内容
针对现有技术散射光检测都是在入射光90°方向,导致接收的散射光量非常有限,影响浊度检测的准确性的不足,本发明的目的在于提供一种浊度检测的准确性高,而且结构简单的一种用于水质在线检测的浊度传感器。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种用于水质在线检测的浊度传感器,包括壳体和光源;其特征在于,所述光源设于壳体内,光源的前端依次设有石英玻璃片,以及同轴的光通道和水通道;所述水通道的外壁上周向设有光电转换器;光电转换器通过电缆线与设于壳体内的单片机相连,单片机的输出端通过电缆与外接设备相连,单片机将光电转换器输出电压转换为浊度值并进行显示和处理。
进一步,所述水通道的入水口设于壳体的侧壁并与光通道相通,水通道的出水口设于壳体的一端部或侧壁。
所述水通道由石英玻璃管制成。
所述环形的光电转换器由数个单体结构串连而成。
所述光电转换器为1~3个环形结构,轴向设于水通道的外壁。
所述光源为激光二极管,光源与光电转换器成90度布置。
相比现有技术,本发明具有如下有益效果:
1、本发明通过将光源、光通道和水通道同轴设置,将光电转换器周向布置于水通道的外侧,最大程度(即360°)收集水体的散射光,从而最大限度增加了接收有效散射光的量,使得系统无需增加运算放大器件即可进行信号采样,提高了浊度检测的准确性;而且,简化了结构,保证了产品的稳定性和可靠性。
2、本发明光源采用激光二极管光源,并采用间歇性工作方式,不降低光功率的条件下,使用其寿命增长。
3、本发明浊度传感器结构简单,成本较低。
附图说明
图1是一种用于水质在线检测的浊度传感器结构剖视图。
图2是一种用于水质在线检测的浊度传感器光电转换器放大俯视图。
图3是一种用于水质在线检测的浊度传感器检测方法图。
其中,1-壳体,2-水通道,21-入水口,22-出水口,3-光电转换器,4-光源,5-单片机,6-光通道,7-密封圈,8-石英玻璃片,9-石英玻璃管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,对本发明作进一步详细阐述。
如图1所示,一种用于水质在线检测的浊度传感器,包括壳体1和光源4;所述光源4设于壳体1内,光源4的前端依次设有石英玻璃片8,以及同轴的光通道6和水通道2;所述水通道2的外壁周向设有环形的光电转换器3;光电转换器3通过电缆线与设于壳体1内的单片机5相连,单片机5的输出端通过电缆与外接设备相连,单片机5将光电转换器3输出电压转换为浊度值并进行显示和处理;所述光源4为激光二极管,光源4与光电转换器3成90度布置。
进一步,所述水通道2的入水口21设于壳体1的侧壁并与光通道6相通,水通道2的出水口22设于壳体1的一端部或侧壁。所述水通道2由石英玻璃管9制成。
如图2,所述环形的光电转换器3由数个单体结构串连而成。
所述光电转换器为1~3个环形结构,轴向设于水通道的外壁。
其中,壳体1,壳体采用黑色无毒尼龙材料;在光源4和石英玻璃片8之间,以及水通道2与壳体1连接的两端均设有密封圈7,各密封圈可采用丁氰材料的O型圈。
所述光电转换器3,可选用由西门子BPW 33硅光电池串联而成。水通道2由石英玻璃管9制成,石英玻璃的透光性较佳,加上光电转换器3是环形布置于水通道(石英玻璃管9)的外侧,此种设计可以最大限度收集散射光的量。设于壳体2内的单片机5可选用ATmega16,该单片机具有ADC模块,可以将光电转换器的输出电压数字化,同时单片机具有UART和SPI等串行通信接口,可以将处理后的浊度值输出,所述单片机5将光电转换器3输出电压转换为浊度值;设于壳体1外的电源(图中未示),其通过设有开关的导线分别与光源与单片机5电源输入端相连。
参见图3,使用本发明一种用于水质在线检测的浊度传感器,进行水质在线检测的方法,包括如下步骤:
步骤1,将待检测水体流过水通道,开启光源(激光二极管);
步骤2,单片机等待500ms,目的是为了光源产生光源稳定;
步骤3,单片机记录光电转换器输出电压,光电转换器输出电压通过单片机的ADC模块将模拟信号转换为数字信号;
步骤4,根据得到的光电转换器输出电压,单片机执行滑动窗口平均算法,其中N取值为10,其步骤为:删除前第10次记录值;将本次结果与前9次记录进行累加;将累加值除以10,得到一个平均值;
步骤5,单片机通过设定的浊度拟合函数将上述平均值转换为浊度值,并输出结果;
步骤6,单片机关闭光源500ms,关闭时间可根据需要设定为不同值,目的为等待光源冷却,然后重复步骤1至5,直至输出浊度值稳定,检测步骤结束。
一般的情况下水体浊度的变化非常缓慢,无需长时间开启光源进行不间断检测,本发明通过控制Twait和Tshutdown时间,对光源的工作时间进行调整,从而增加了光源器件的寿命。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种用于水质在线检测的浊度传感器,包括壳体(1)和光源(4);其特征在于,所述光源(4)设于壳体(1)内,光源(4)的前端依次设有石英玻璃片(8),以及同轴的光通道(6)和水通道(2);所述水通道(2)的外壁上周向设有光电转换器(3);光电转换器(3)通过电缆线与设于壳体(1)内的单片机(5)相连,单片机(5)的输出端通过电缆与外接设备相连,单片机(5)将光电转换器(3)输出电压转换为浊度值并进行显示和处理。
2.根据权利要求1所述用于水质在线检测的浊度传感器,其特征在于,所述水通道(2)的入水口(21)设于壳体(1)的侧壁并与光通道(6)相通,水通道(2)的出水口(22)设于壳体(1)的一端部或侧壁。
3.根据权利要求1或2所述用于水质在线检测的浊度传感器,其特征在于,所述水通道(2)由石英玻璃管制成。
4.根据权利要求1所述用于水质在线检测的浊度传感器,其特征在于,所述光电转换器(3)由数个单体结构串连成环状。
5.根据权利要求4所述用于水质在线检测的浊度传感器,其特征在于,所述光电转换器(3)为1~3个环形结构,轴向设于水通道(2)的外壁。
6.根据权利要求1所述用于水质在线检测的浊度传感器,其特征在于,所述光源(4)为激光二极管,光源(4)与光电转换器(3)成90度布置。
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