CN202886281U - 一种浊度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种浊度传感器，该浊度传感器采用了独特的结构设计，光源和透光通孔设置于上部壳体内，作为水体浊度检测区域的水通道管设置于下部壳体内，上部壳体与下部壳体之间具有一横向贯通的凹陷空腔，该凹陷空腔使得上部壳体和下部壳体之间具有一个开放式的隔离区，让水体不容易飞溅到透光通孔内和透光镜片上，尽可能地避免了水体中的污物附着在透光镜片上而影响浊度检测精度，并通过加热防止透光镜片凝结水雾，消除了透光镜片起雾对检测的影响，同时还采用环形的光电转换器件360°地采集水体的散射光，最大限度增加了对散射光的有效接收量，不必要再借助运算放大器件进行信号放大，更好的保证了浊度传感器的稳定性和可靠性。

Description

一种浊度传感器

技术领域

本实用新型属于电子信息技术领域，尤其涉及一种浊度传感器。

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。浊度是水体光学性质的一种特征参数，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，对水体浊度的在线检测具有非常重要的现实意义。

目前针对水体的浊度通常可采用散射法进行检测，散射法的检测原理是，使用光源将一束固定波长的入射光射入待检测的水体中，入射光照射到水体中悬浮的粒子时发生散射，水体越浑浊则光的散射越明显，采用硅光电池、光电接收器、光电倍增管等光电转换器件从与入射光呈90°的方向上检测散射光强度，便可根据散射光强度与水体浊度的换算关系检测出水体浊度。

现有技术中也有借助散射法进行检测的浊度传感器。例如我国专利CN200920350660.7公开了一种浊度传感器就是利用散射法进行浊度检测，其包括壳体、电路板、光发射器和光电接收器，电路板和光发射器安装在壳体上端内，壳体下端设有两个半圆柱状的管脚，光电接收器安装在其中的一个管脚内，另一个管脚内还安装有超声波发生器，用于通过超声波振动清洁光电接收器的窗口玻璃；该浊度传感器由于其结构设计的原因，进行浊度检测时必须将其光发射器（即光源）和光电接收器（即光电转换器件）所在的部分全部浸没入待检测水体中，从而容易使得水体中的污物附着在光源和光电转换器件的透镜玻璃上，对光源发出的光强度以及光电转换器件对散射光的接收都有影响，虽然其设置有超声波发生器清洁光电接收器的窗口玻璃，但光源部分的污物却难以去除，而光源部分的透镜或玻璃板出现污物对浊度检测的影响大大超过在光电接收器处的透镜或玻璃板出现污物，并且在对水体进行浊度检测时开启超声波震荡装置容易在水体内形成气泡，气泡将对入射光的折射、散射产生较大影响，这些因素都影响到浊度传感器的检测精度；另一方面，入射光经待检测水体后在90°方向的散射光强度本来就较弱，特别是在饮用水等水质较好、浊度较低的水质检测应用中更是如此，该浊度传感器又仅在光源向下射出入射光的一侧设置有光电接收器来检测散射光强度，导致其能够检测到的散射光强度更有限，因此在检测控制电路中必须设计运算放大器件对光电接收器的检测输出电压进行放大后换算出水体浊度，而运算放大器件增加了检测系统的处理环节，带来一定程度的可靠性下降，并且运算放大器件本身容易受到温度影响而产生零点漂移问题，也导致了浊度检测的准确性降低。并且，上述缺陷在现有的基于散射法设计的浊度传感器中普遍存在。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种在设计和结构上均有改进的浊度传感器，以解决现有技术中基于散射法设计的浊度传感器因结构设计缺陷而影响浊度检测准确性的问题，使得其可以具有更高的浊度检测准确性。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术手段：

一种浊度传感器，包括壳体、检测控制集成电路、光源和光电转换器件；所述壳体由从上至下依次相连的上部壳体、壳体连接部和下部壳体构成，所述壳体连接部的一侧相对于上部壳体和下部壳体向内凹陷，使得上部壳体的下端面、壳体连接部向内凹陷的一侧以及下部壳体的上端面之间形成一横向贯通的凹陷空腔；所述检测控制集成电路和光源安装在上部壳体内，检测控制集成电路设置于光源的上方，上部壳体下端面上对应于凹陷空腔的位置设有供光源向下射出光束的透光通孔，且光源和透光通孔之间还安装有将光源与透光通孔密封隔离的透光镜片；上部壳体内还安装有用于对透光镜片加热的电热元件和用于检测透光镜片温度的温度传感器；所述光源、电热元件和温度传感器分别与检测控制集成电路电连接；所述下部壳体内竖向安装有圆管状且透明的水通道管，下部壳体上端面上对应于凹陷空腔的位置设有将水通道管与凹陷空腔连通的出水口，且光源、透光通孔和出水口的中心连线与水通道管的中轴线在同一直线，下部壳体的下端部设有将水通道管与外界连通的入水口，水通道管管壁的两端与下部壳体之间密封安装；所述光电转换器件安装在下部壳体内，且光电转换器件为环形并周向环绕布置在水通道管管壁的外侧，光电转换器件与检测控制集成电路电连接。

上述的浊度传感器中，作为进一步的改进方案，所述光源为激光二极管，且激光二极管向下射出光束的方向与水通道管的中轴线在同一直线。

上述的浊度传感器中，作为进一步的改进方案，所述透光镜片和水通道管均采用石英玻璃制成。

上述的浊度传感器中，作为进一步的改进方案，所述光电转换器件由数个光电转换器单体串接形成环形，各个光电接收器单体的感光面均朝向水通道管且感光方向与水通道管的中轴线呈90度。

上述的浊度传感器中，作为进一步的改进方案，所述检测控制集成电路的信号输出端电连接有用于与外接设备相连的信号输出线，所述上部壳体设有出线孔，所述信号输出线通过出线孔从上部壳体穿出。

相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型的浊度传感器采用了独特的结构设计，光源和透光通孔设置于上部壳体内，作为水体浊度检测区域的水通道管设置于下部壳体内，上部壳体与下部壳体之间具有一横向贯通的凹陷空腔，该凹陷空腔使得上部壳体和下部壳体之间具有一个开放式的隔离区，因此本实用新型的浊度传感器在对水体进行浊度检测时，可以仅将下部壳体所封装的部分浸没入待检测水体中并保持浊度传感器的壳体连接部以上的部分处于待检测水体的液面之上，使水体的液面位于开放式的凹陷空腔区域内，这样以来，即便因水流造成液面涌动也能够不受阻碍地从开放式的凹陷空腔区域流过，让水体不容易飞溅到透光通孔内和透光镜片上，从而可以大幅减少、甚至避免光源处的透光镜片直接与待检测水体接触，尽可能地避免了水体中的污物附着在透光镜片上而影响浊度检测精度，使得其可以具有更高的浊度检测准确性。

2、本实用新型的浊度传感器还考虑到检测环境潮湿的因素，容易在透光镜片上形成水雾而导致光源光线产生散射，影响浊度检测的准确性，因此本实用新型浊度传感器的上部壳体内还安装了用于对透光镜片加热的电热元件和用于检测透光镜片温度的温度传感器，通过加热防止透光镜片凝结水雾，消除了透光镜片起雾对检测的影响，同时可以利用温度传感器进行温度监控，防止过热对器件的寿命产生影响。

3、本实用新型的浊度传感器中，作为水体浊度检测区域的水通道管为圆管状且透明，光源、透光通孔和出水口的中心连线与水通道管的中轴线在同一直线，且光电转换器件为环形并周向环绕布置在水通道管管壁的外侧，这使得环形的光电转换器件可以360°地采集水体的散射光，最大限度增加了对散射光的有效接收量，提高了信噪比，因此在检测控制集成电路中不必要再依靠运算放大器件对光电接收器件的检测输出电压进行放大即可进行采样和检测，不仅简化了电路结构，还避免了因运算放大器件的零点漂移问题影响浊度检测的准确性，更好的保证了浊度传感器的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型浊度传感器一种具体实施方式的结构剖视示意图；

图2为图1的A-A剖面视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。

本实用新型提供了一种浊度传感器，与现有技术相比，本实用新型浊度传感器在设计和结构上均有改进。如图1所示，与现有技术相似之处在于，本实用新型的浊度传感器同样包括有壳体10、检测控制集成电路20、光源30和光电转换器件40；其中，检测控制集成电路20可以采用单片机、嵌入式芯片等微处理器为核心的集成电路，用于对浊度检测过程进行控制和数据采集并处理输出浊度检测结果；光源30用于向待测试的水体发射入射光；光电转换器件40用于感测入射光经待测试水体后的散射光并转换为电信号。但与现有技术的不同设计在于，壳体10由从上至下依次相连的上部壳体11、壳体连接部12和下部壳体13构成，壳体连接部12的一侧相对于上部壳体11和下部壳体13向内凹陷，使得上部壳体11的下端面、壳体连接部12向内凹陷的一侧以及下部壳体13的上端面之间形成一横向贯通的凹陷空腔14，该凹陷空腔14使得上部壳体11和下部壳体13之间具有一个开放式的隔离区。检测控制集成电路20和光源30安装在上部壳体11内，检测控制集成电路20设置于光源30的上方，上部壳体11下端面上对应于凹陷空腔14的位置设有供光源20向下射出光束的透光通孔15，且光源20和透光通孔15之间还安装有将光源与透光通孔密封隔离的透光镜片50，通过该透光镜片50避免水滴或水蒸气与光源20直接接触而损坏光源电路；上部壳体11内还安装有用于对透光镜片50加热的电热元件60和用于检测透光镜片温度的温度传感器70；其中，光源20、电热元件60和温度传感器70分别与检测控制集成电路20电连接。下部壳体13内竖向安装有圆管状且透明的水通道管80，下部壳体13上端面上对应于凹陷空腔14的位置设有将水通道管80与凹陷空腔14连通的出水口16，且光源20、透光通孔15和出水口16的中心连线与水通道管80的中轴线在同一直线，使得光源20通过透光通孔15向下射出的光束穿过凹陷空腔14和出水口16后能够沿水通道管80的中轴线射入，下部壳体13的下端部设有将水通道管80与外界连通的入水口17，从而相互连通的入水口17、水通道管80和出水口16就形成了一个可供待测试水体流过的水路通道，且设置入水口17在下方、出水口16在上方的原因在于，由于光源的入射光由上至下射入水体，因此避免因入水口在上方引起的入水漩涡而导致入射光折射对散射光检测产生影响，水通道管80管壁的两端与下部壳体13之间密封安装，光电转换器件40安装在下部壳体13内，且光电转换器件40为环形并周向环绕布置在水通道管80管壁的外侧，其安装结构如图2所示，使得水通道管80作为一个水体浊度检测区域，之所以水通道管80管壁的两端与下部壳体13之间密封安装是为了对安装在下部壳体内的光电转换器件40进行防水保护；光电转换器件40则与检测控制集成电路20电连接。可以看到，本实用新型的浊度传感器采用了独特的结构设计，光源和透光通孔设置于上部壳体内，作为水体浊度检测区域的水通道管设置于下部壳体内，上部壳体与下部壳体之间具有一横向贯通的凹陷空腔，该凹陷空腔使得上部壳体和下部壳体之间具有一个开放式的隔离区，因此本实用新型的浊度传感器在对水体进行浊度检测时，可以仅将下部壳体所封装的部分浸没入待检测水体中并保持浊度传感器的壳体连接部以上的部分处于待检测水体的液面之上，使水体的液面位于开放式的凹陷空腔区域内，这样以来，即便因水流造成液面涌动也能够不受阻碍地从开放式的凹陷空腔区域流过，让水体不容易飞溅到透光通孔内和透光镜片上，从而可以大幅减少、甚至避免光源处的透光镜片直接与待检测水体接触，尽可能地避免了水体中的污物附着在透光镜片上而影响浊度检测的准确性；另一方面，考虑到检测环境潮湿的因素，虽然光源处的透光镜片可以不接触到待测试水体，但也容易在透光镜片上形成水雾而导致光源光线产生散射，影响浊度检测的准确性，因此本实用新型浊度传感器的上部壳体内还安装了用于对透光镜片加热的电热元件和用于检测透光镜片温度的温度传感器，通过加热防止透光镜片凝结水雾，消除了透光镜片起雾对检测的影响，同时可以利用温度传感器进行温度监控，防止过热对器件的寿命产生影响；电热元件可采用电热丝、电热片等常见的电热器件，直接与透光镜片接触加热即可，温度传感器可与透光镜片或者电热元件相接处安装；再一方面，作为水体浊度检测区域的水通道管为圆管状且透明，光源、透光通孔和出水口的中心连线与水通道管的中轴线在同一直线，且光电转换器件为环形并周向环绕布置在水通道管管壁的外侧，这使得环形的光电转换器件可以360°地采集水体的散射光，最大限度增加了对散射光的有效接收量，提高了信噪比，因此在检测控制集成电路中不必要再依靠运算放大器件对光电接收器件的检测输出电压进行放大即可进行采样和检测，不仅简化了电路结构，还避免了因运算放大器件的零点漂移问题影响浊度检测的准确性，更好的保证了浊度传感器的稳定性和可靠性。

本实用新型的浊度传感器在应用具体实施时，检测控制集成电路可以采用单片机、嵌入式芯片等微处理器为核心的集成电路，用于对浊度检测过程进行控制和数据采集并处理输出浊度检测结果，其中包括对光源和电热元件的启停控制、对温度传感器和光电转换器件的数据采集、对采集数据的转换和处理以及对浊度检测结果的输出处理，因此作为核心的微处理器最好选用兼具AD转换、逻辑运算处理、UART等串行通信接口输出等功能的处理芯片，例如可选用STM32单片机；光源最好选用激光二极管，发射出的光束集中、光强度高，所产生的散射光强也较强，使得散射光的感测也更容易，而二极管光源的使用寿命也比较长，激光二极管向下射出光束的方向与水通道管的中轴线在同一直线，这样使得光束被水体散射后在水通道管侧壁各方向的散射光强度均衡，减少散射光检测的误差；透光镜片和水通道管优选采用石英玻璃制成，因为石英玻璃透光性好、化学性稳定、电绝缘性能优良，透光镜片和水通道管与客体之间的密封安装方式可以采用粘接密封，也可以采用弹性密封圈密封安装；如图2所示，光电转换器件40可以由数个光电转换器单体41串接形成环形，每个光电转换器单体41可以是硅光电池、光电接收器、光电倍增管等，各个光电接收器单体41的感光面均朝向水通道管80且感光方向与水通道管80的中轴线呈90度，以便于更好的采集散射光；安装于上部壳体内的光源、电热元件和温度传感器可以直接与检测控制集成电路电连接，而对于安装在下部壳体的光电转换器件，可以将壳体连接部设计为中空结构，让光电转换器件的电连接线穿过壳体连接部的中空通道与上部壳体内的检测控制集成电路电连接；检测控制集成电路的信号输出端还可以电连接有用于与外接设备相连的信号输出线，在上部壳体设出线孔，让信号输出线通过出线孔从上部壳体穿出，与外接设备相连。

使用时，将本实用新型浊度传感器的下部壳体所封装的部分浸没入待检测水体中，让水通道管道中灌满待检测水体，并保持浊度传感器的壳体连接部以上的部分处于待检测水体的液面之上且水通道管道的中轴线与水平面相垂直，这样一方面可以尽可能地避免水体中的污物附着在透光镜片上而影响浊度检测的准确性，另一方面可使得光源的光束射入水面后依然能够穿过水通道管道的中轴线，使得光束被水体散射后在水通道管侧壁各方向的散射光强度均衡；然后开启浊度传感器对待检测水体进行浊度检测，检测过程中可以利用检测控制集成电路控制电热元件和温度传感器对透光镜片加热并监控其温度，防止透光镜片凝结水雾，消除透光镜片起雾对浊度检测的影响，以确保更高的浊度检测准确性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种浊度传感器，包括壳体、检测控制集成电路、光源和光电转换器件；其特征在于：

所述壳体由从上至下依次相连的上部壳体、壳体连接部和下部壳体构成，所述壳体连接部的一侧相对于上部壳体和下部壳体向内凹陷，使得上部壳体的下端面、壳体连接部向内凹陷的一侧以及下部壳体的上端面之间形成一横向贯通的凹陷空腔；

所述检测控制集成电路和光源安装在上部壳体内，检测控制集成电路设置于光源的上方，上部壳体下端面上对应于凹陷空腔的位置设有供光源向下射出光束的透光通孔，且光源和透光通孔之间还安装有将光源与透光通孔密封隔离的透光镜片；上部壳体内还安装有用于对透光镜片加热的电热元件和用于检测透光镜片温度的温度传感器；所述光源、电热元件和温度传感器分别与检测控制集成电路电连接；

所述下部壳体内竖向安装有圆管状且透明的水通道管，下部壳体上端面上对应于凹陷空腔的位置设有将水通道管与凹陷空腔连通的出水口，且光源、透光通孔和出水口的中心连线与水通道管的中轴线在同一直线，下部壳体的下端部设有将水通道管与外界连通的入水口，水通道管管壁的两端与下部壳体之间密封安装；所述光电转换器件安装在下部壳体内，且光电转换器件为环形并周向环绕布置在水通道管管壁的外侧，光电转换器件与检测控制集成电路电连接。

2.根据权利要求1所述的浊度传感器，其特征在于，所述光源为激光二极管，且激光二极管向下射出光束的方向与水通道管的中轴线在同一直线。

3.根据权利要求1所述的浊度传感器，其特征在于，所述透光镜片和水通道管均采用石英玻璃制成。

4.根据权利要求1所述的浊度传感器，其特征在于，所述光电转换器件由数个光电转换器单体串接形成环形，各个光电接收器单体的感光面均朝向水通道管且感光方向与水通道管的中轴线呈90度。

5.根据权利要求1所述的浊度传感器，其特征在于，所述检测控制集成电路的信号输出端电连接有用于与外接设备相连的信号输出线，所述上部壳体设有出线孔，所述信号输出线通过出线孔从上部壳体穿出。

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