CN204594850U - 一种基于光纤的浊度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于光纤的浊度测量装置，包括光源、传导光纤、光学探头和探测器，所述传导光纤是多合一的光纤，其包括光纤a、光纤b、光纤c，所述光源经光纤a与光学探头连接，所述光学探头包括与光源连接的准直透镜、透射光汇聚透镜、散射光汇聚透镜，所述透射光汇聚透镜经光纤c与探测器b连接，所述散射光汇聚透镜经光纤b与探测器a连接，所述光源内包括对光源输出的光强信号进行闭环控制的探测器c。本实用新型的光学探头和光源、探测器在空间上完全独立，方便光源、探测器的更新升级，提高整套浊度测试系统的使用寿命，特别适用于浊度探头安装不变的场合，比如密闭容器内。
Description
技术领域
本实用新型属于浊度测量工具领域，尤其涉及一种基于光纤的浊度测量装置。
背景技术
在人们生活和生产中，常用浊度来表征液体的清洁度，水的浊度是泥沙、粘土、微细的有机物和无机物、可溶的有色有机化合物以及浮游生物和其它微生物等悬浮物质所组成。这些悬浮物质能吸附细菌和病毒，所以浑浊度低有利于水的消毒，对确保水质指标有极重要的影响。
国际标准化组织定义为：由于不溶解物质的存在所引起的液体透明度降低，可见，浊度不等于固体悬浮物质含量，固体悬浮物质含量是水中可以用滤纸截留的物质重量；而浑浊度则是一种光学效应，它表现出光线透过水层时受到阻碍的程度。这种光学效应与颗粒的大小及形状有关，实践证明浑浊度与悬浮物固体物质的重量浓度没有任何的相关关系。水的浑浊度越高，反射光和散射光就越强，而透射光就越弱；反之，水的浑浊度越低，反射光和散射光就越弱，而透射光就越强。因此测定散射光与透射光强度间的变化，就可以测得水的浊度。
测量浊度的仪器叫浊度仪。按照所测量浊度的范围，可分为低浊度仪、中浊度仪、高浊度仪。基于测量浊度的方法，可分为透射式、散射式、透射光和散射光比值式、表面散射式、偏振光式浊度仪。
当前浊度仪存在的不足有：1.普通浊度仪探头的光源、光电传感器、光路安装在一个上探头，探头会由于光电元器件的老化而失效而需要不定期更换，普通浊度仪探头不适合需要探头使用寿命长无需经常更换的场合。2. 普通浊度仪探头的光源、光电传感器、光路安装在一个上探头，不可避免需要用到金属材料，因而不适用于传感器不能含有金属材料的场合，比如强微波环境下。3. 普通浊度仪探头的光源、光电传感器、光路安装在一个上探头，因为每一种电子元器件都有其一定的工作温度范围，一旦环境温度超出这一范围，电子元器件将不能正常工作，使探头不能工作在极低温和极高温的环境。4.普通浊度仪探头采用透射式或者反射式，不能适用于浊度变化范围广的领域。
发明内容
本实用新型提供了一种能够实现在极低温、极高温以及强微波等特殊环境下浊度的大范围精确测量的基于光纤的浊度测量装置。
本实用新型采用的技术方案是：
一种基于光纤的浊度测量装置，包括光源、传导光纤、光学探头和探测器，其特征在于：所述传导光纤是多合一的光纤，其包括光纤a、光纤b、光纤c，所述光源经光纤a与光学探头连接，所述光学探头包括与光源连接的准直透镜、透射光汇聚透镜、散射光汇聚透镜，所述透射光汇聚透镜经光纤c与探测器b连接，所述散射光汇聚透镜经光纤b与探测器a连接，所述光源内包括对光源输出的光强信号进行闭环控制的探测器c。本实用新型的光学探头和光源、探测器在空间上完全独立，方便光源、探测器的更新升级，提高整套浊度测试系统的使用寿命，特别适用于浊度探头安装不变的场合，比如密闭容器内。
进一步，所述光源还包含一提高光源进入光纤a的能量的耦合透镜。
进一步，所述探测器c的信号采集电路中采用带通滤波器。本实用新型采用一种光强调制技术，将信号光信号从直流调制为交流，带通滤波器过滤频率很低的背景光信号和频率很高的随机噪声，准确提取频率等于调制信号频率的交流信号，因而大大增强信号的信噪比。光源驱动采用PWM调制信号，调制信号经过带通滤波器滤波之后得到正弦型号。
进一步，所述透射光汇聚透镜与准直透镜相对设置，分别设置在待测溶液的两侧。
进一步，所述散射光汇聚透镜设置在待测溶液的上方汇聚90度散射光。
本实用新型的有益效果：
（1）光学探头和光源、探测器在空间上完全独立，方便光源、探测器的更新升级，提高整套浊度测试系统的使用寿命，特别适用于浊度探头安装不变的场合，比如密闭容器内。
（2）光源采用光强调制光源，可以有效减少背景光的干扰。
（3）光源包含一个探测器，实现输出光强信号的闭环控制，提高输出光信号的稳定性。
（4）传递光信号的光纤采用对合一的光纤,使整个系统结构简单稳定，在光源、探测器与光学探头距离较长时也适用。
（5）光学探头可以实现透射光和90度散射光的检测，提升系统检测浊度值的检测范围和精度，对于低浊度水样(小于10NTU)采用90度散射法，对于高浊度水样(大于10NTU)采用透射法。
（6）光学探头不包含金属材料和电子元器件，可以在极高温度、极低温度和强微波环境下使用。
附图说明
图1是本实用新型的原理结构框图。
图2是本实用新型的基于光纤的浊度测量装置的结构设置图。
图3是本实用新型的光源驱动的PWM调制信号示意图。
图4是本实用新型的光源调制信号经过带通滤波器后的信号波形示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本实用新型进行进一步说明，但并不将本实用新型局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本实用新型涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
参照图1-4，一种基于光纤的浊度测量装置，包括光源1、传导光纤2、光学探头3和探测器4，所述传导光纤2是多合一的光纤，其包括光纤a、光纤b、光纤c，所述光源1经光纤a与光学探头3连接，所述光学探头3包括与光源1连接的准直透镜31、透射光汇聚透镜32、散射光汇聚透镜33，所述透射光汇聚透镜32经光纤c与探测器b连接，所述散射光汇聚透镜33经光纤b与探测器a连接，所述光源1内包括对光源1输出的光强信号进行闭环控制的探测器c。本实用新型的光学探头3和光源1、探测器4在空间上完全独立，方便光源1、探测器4的更新升级，提高整套浊度测试系统的使用寿命，特别适用于浊度探头安装不变的场合，比如密闭容器内。所述光源1经光强调制技术调制后进入传导光纤2，传导光纤2将调制后的光信号传递给光学探头3，进入光学探头3内的光信号经待测溶液透射再汇聚后进入传导光纤2，传导光纤2将汇聚后的透射信号传递给相应的探测器4进行检测，或者进入光学探头3内的光信号经待测溶液90度散射再汇聚后进入传导光纤2，传导光纤2将汇聚后的90度散射信号传递给相应的探测器4进行检测。本实用新型光源1采用光强调制光源，可以有效减少背景光的干扰。本实用新型光学探头3可以实现透射光和90度散射光的检测，提升系统检测浊度值的检测范围和精度，对于低浊度水样(小于10NTU)采用90度散射法，对于高浊度水样(大于10NTU)采用透射法，而且不包含金属材料和电子元器件，可以在极高温度、极低温度和强微波环境下使用。本实用新型的传导光纤2是一多合一的光纤，使整个系统结构简单稳定，在光源1、探测器4与光学探头3距离较长时也适用，既可以实现光信号从光源1向光学探头3的传递，也可以实现光信号从光学探头3向探测器4的传递，使整个系统结构简单稳定。
本实施例所述光源1还包含一提高光源1进入光纤a的能量的耦合透镜12。本实施例光源1包含探测器c11，直接检测光源输出光信号强度，并将信号传递给探测器c11实现闭环控制。光源1包含耦合透镜12，提高光源进入光纤的能量。光学探头3包含准直透镜31，把光纤发出的光变为平行光出射；透射光汇聚透镜32，把透过待测溶液34的信号光汇聚到光纤c并传递到探测器b中，实现透射信号的检测；散射光汇聚透镜33，把经过待测溶液34的信号光汇聚到光纤b并传递到探测器a中，实现90度散射信号的检测。
本实施例所述探测器c的信号采集电路中采用带通滤波器。本实用新型采用一种光强调制技术，将信号光信号从直流调制为交流，带通滤波器过滤频率很低的背景光信号和频率很高的随机噪声，准确提取频率等于调制信号频率的交流信号，因而大大增强信号的信噪比。光源1驱动采用PWM调制信号，如图3所示，调制信号经过带通滤波器滤波之后得到正弦型号，如图4所示。
本实施例所述透射光汇聚透镜32与准直透镜31相对设置，分别设置在待测溶液34的两侧。本实施例所述散射光汇聚透镜33设置在待测溶液34的上方汇聚90度散射光。
在工作过程中，当检测低浊度水样(小于10NTU)时，经过调制光信号从光源1发出，通过传导光纤2中的光纤a的传导，准直透镜31的准直，待测溶液34的散射，散射光汇聚透镜33的汇聚，传导光纤2中的光纤b的再次传导，到达探测器a，实现90度散射信号的检测。当检测高浊度水样(大于10NTU)时，经过调制光信号从光源1发出，通过传导光纤2中的光纤a的传导，准直透镜31的准直，待测溶液34的吸收，透射光汇聚透镜32的汇聚，传导光纤2中的光纤c的再次传导，到达探测器b，实现透射信号的检测。
Claims (5)
1.一种基于光纤的浊度测量装置，包括光源、传导光纤、光学探头和探测器，其特征在于：所述传导光纤是多合一的光纤，其包括光纤a、光纤b、光纤c，所述光源经光纤a与光学探头连接，所述光学探头包括与光源连接的准直透镜、透射光汇聚透镜、散射光汇聚透镜，所述透射光汇聚透镜经光纤c与探测器b连接，所述散射光汇聚透镜经光纤b与探测器a连接，所述光源内包括对光源输出的光强信号进行闭环控制的探测器c。
2.如权利要求1所述的一种基于光纤的浊度测量装置，其特征在于：所述光源还包含一提高光源进入光纤a的能量的耦合透镜。
3.如权利要求1所述的一种基于光纤的浊度测量装置，其特征在于：所述探测器c的信号采集电路中采用带通滤波器。
4.如权利要求1~3之一所述的一种基于光纤的浊度测量装置，其特征在于：所述透射光汇聚透镜与准直透镜相对设置，分别设置在待测溶液的两侧。
5.如权利要求4所述的一种基于光纤的浊度测量装置，其特征在于：所述散射光汇聚透镜设置在待测溶液的上方汇聚90度散射光。
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