CN205826538U - 一种非接触式水质监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种非接触式水质监测系统，包括光源发射子系统以及依次连接的光源接收子系统、数据处理子系统和显示存储子系统；光源发射子系统包括LED光源、直流脉冲电源和将LED光源分为两路频率相同光信号的薄膜分光器，光源接收子系统包括参比光电探测器和测量光电探测器，参比光电探测器接收薄膜分光器输出的一路光信号，薄膜分光器输出的另一路光信号经过待测水质照射在测量光电探测器上，数据处理子系统包括第一信号调理电路和第二信号调理电路，显示存储子系统包括微控制器、存储器和液晶显示器。本实用新型设计新颖，可实现非接触方式的水质监测测量功能，通过双光路的结构形成数据采集处理对比，且数据处理精度高，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型属于水质监测技术领域，具体涉及一种非接触式水质监测系统。
背景技术
伴随水污染现象愈发严重，水质检测受到越来越广泛的关注，其中矿物油类物质对水体污染变得不容忽视。因此，快速监测水中矿物油含量，实时准确地反映当前水质情况，对于水资源环境的监测管理以及污水处理等方面具有重大现实意义，现如今较为常见的水质检测方法主要包括光探测或超声波探测方法，其中，光探测方法包括红外分光光度法、非色散红外光度法、紫外分光光度法以及紫外荧光法，红外分光光度法、非色散红外光度法和紫外分光光度法检测步骤比较繁琐，均需要对待测液萃取后才可测试或采用接触式的相关检测装置，无法做到实时在线监测，紫外荧光法目前市场上只有接触式测量水质油量，存在清洗困难的缺陷；超声波探测方法虽然采用非接触式探测方式，但是存在探测精度不高的缺陷，因此，现如今缺少一种结构简单、精度高、成本低、设计合理、可实时在线检测水质的非接触式水质监测系统，通过可调节光源脉冲频率的光源发射子系统探测水质的矿物油浓度，光源接收子系统采用双光路结构，为测量信号形成对比数据，数据处理子系统可靠性高，实时在线监测效果好。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种非接触式水质监测系统，其设计新颖合理，可实现非接触方式的水质监测测量功能，通过双光路的结构形成数据采集处理对比，且数据处理精度高，实时监测效果好，实用性强，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种非接触式水质监测系统，其特征在于：包括光源发射子系统以及依次连接的用于接收光源发射子系统发射的光信号且将所述光信号转换为电信号的光源接收子系统、用于将光源接收子系统输出的微弱电信号进行放大滤波信号调理的数据处理子系统和用于显示并存储输出结果的显示存储子系统；光源发射子系统包括LED光源、为所述LED光源供电的直流脉冲电源和将所述LED光源分为两路频率相同光信号的薄膜分光器，光源接收子系统包括参比光电探测器和测量光电探测器，所述参比光电探测器接收所述薄膜分光器输出的一路光信号，所述薄膜分光器输出的另一路光信号经过待测水质照射在所述测量光电探测器上，数据处理子系统包括用于调理所述参比光电探测器输出信号的第一信号调理电路和用于调理所述测量光电探测器输出信号的第二信号调理电路，显示存储子系统包括微控制器以及与所述微控制器相接的存储器和液晶显示器，所述第一信号调理电路和所述第二信号调理电路均与所述微控制器相接。
上述的一种非接触式水质监测系统，其特征在于：所述第一信号调理电路包括运放U1、运放U2和运放U3，所述运放U1的反相输入端经电阻R1与所述参比光电探测器的信号输出端相接，运放U1的同相输入端经电阻R3接地，运放U1的输出端分两路，一路经并联的电容C1和电阻R5与运放U1的反相输入端相接，另一路经电容C3、电阻R8、电容C5和电容C9与运放U2的同相输入端相接，电阻R8和电容C5的连接端经电容C6接地，电容C9和运放U2的同相输入端的连接端经电阻R13接地，运放U2的反相输入端经电阻R11接地，运放U2的输出端分三路，一路经电阻R15与电容C5和电容C9的连接端相接，另一路与运放U2的反相输入端相接，第三路与运放U3的同相输入端相接；运放U3的输出端分两路，一路与运放U3的反相输入端相接，另一路与所述微控制器相接。
上述的一种非接触式水质监测系统，其特征在于：所述第二信号调理电路包括运放U4、运放U5和运放U6，所述运放U4的反相输入端经电阻R2与所述测量光电探测器的信号输出端相接，运放U4的同相输入端经电阻R4接地，运放U4的输出端分两路，一路经并联的电容C2和电阻R6与运放U4的反相输入端相接，另一路经电容C4、电阻R10、电容C7和电容C10与运放U5的同相输入端相接，电阻R10和电容C7的连接端经电容C8接地，电容C10和运放U5的同相输入端的连接端经电阻R14接地，运放U5的反相输入端经电阻R12接地，运放U5的输出端分三路，一路经电阻R16与电容C7和电容C10的连接端相接，另一路与运放U5的反相输入端相接，第三路与运放U6的同相输入端相接；运放U6的输出端分两路，一路与运放U6的反相输入端相接，另一路与所述微控制器相接。
上述的一种非接触式水质监测系统，其特征在于：所述参比光电探测器和所述测量光电探测器均为光敏电阻或光电二极管。
上述的一种非接触式水质监测系统，其特征在于：所述微控制器为ARM微控制或DSP微控制器。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型采用直流脉冲电源为LED光源供电，保证LED光源的不同脉冲频率，实现水质矿物油浓度的探测，同时采用薄膜分光器将LED光源输出的光源分为两路频率相同光信号，形成双光路结构，探测功能完备，使用范围广。
2、本实用新型采用两个结构参数相同的光电探测器作为参比光电探测器和测量光电探测器，同时两个采用结构参数相同的信号调理电路分别处理参比光电探测器和测量光电探测器输出的微弱电信号，双光路结构通过单一差值对比，数据处理效果好，可靠性高。
3、本实用新型设计新颖合理，设置显示存储子系统对水质检测结果进行实时的显示保持，便于后续分析处理，可实现非接触式检测并实时在线监测水质浓度，便于推广使用。
综上所述，本实用新型设计新颖合理，可实现非接触方式的水质监测测量功能，通过双光路的结构形成数据采集处理对比，且数据处理精度高，实时监测效果好，实用性强，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理框图。
图2为本实用新型第一信号调理电路的电路原理图。
图3为本实用新型第二信号调理电路的电路原理图。
附图标记说明:
1—光源发射子系统；2—光源接收子系统；3—数据处理子系统；
4—显示存储子系统。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包光源发射子系统1以及依次连接的用于接收光源发射子系统1发射的光信号且将所述光信号转换为电信号的光源接收子系统2、用于将光源接收子系统2输出的微弱电信号进行放大滤波信号调理的数据处理子系统3和用于显示并存储输出结果的显示存储子系统4；光源发射子系统1包括LED光源、为所述LED光源供电的直流脉冲电源和将所述LED光源分为两路频率相同光信号的薄膜分光器，光源接收子系统2包括参比光电探测器和测量光电探测器，所述参比光电探测器接收所述薄膜分光器输出的一路光信号，所述薄膜分光器输出的另一路光信号经过待测水质照射在所述测量光电探测器上，数据处理子系统3包括用于调理所述参比光电探测器输出信号的第一信号调理电路和用于调理所述测量光电探测器输出信号的第二信号调理电路，显示存储子系统4包括微控制器以及与所述微控制器相接的存储器和液晶显示器，所述第一信号调理电路和所述第二信号调理电路均与所述微控制器相接。
本实施例中，光源发射子系统1有LED光源、为所述LED光源供电的直流脉冲电源和将所述LED光源分为两路频率相同光信号的薄膜分光器组成，需要说明的是，在所述LED光源的波长选定过程中，通过荧光分光光度计，对待测水质提前进行分析实验，根据实验结果确定了该待测水质的最佳激发波长以及荧光波长，荧光分光光度计的实验结果为光源的选取提供了依据，通过直流脉冲电源调节适合水质的LED光源脉冲频率，薄膜分光器具有很好的反射与透射功能，将LED光源分为一路反射光信号和另一路透射光信号。
本实施例中，优选地，所述参比光电探测器和所述测量光电探测器均为光敏电阻或光电二极管，光敏电阻或光电二极管可接收薄膜分光器输出的光信号，其中一路光信号直接照射在参比光电探测器，其中另一路光信号透过待测水质照射在所述测量光电探测器上，光敏电阻或光电二极管可将接收的光信号转换为电信号。
如图2所示，所述第一信号调理电路包括运放U1、运放U2和运放U3，所述运放U1的反相输入端经电阻R1与所述参比光电探测器的信号输出端相接，运放U1的同相输入端经电阻R3接地，运放U1的输出端分两路，一路经并联的电容C1和电阻R5与运放U1的反相输入端相接，另一路经电容C3、电阻R8、电容C5和电容C9与运放U2的同相输入端相接，电阻R8和电容C5的连接端经电容C6接地，电容C9和运放U2的同相输入端的连接端经电阻R13接地，运放U2的反相输入端经电阻R11接地，运放U2的输出端分三路，一路经电阻R15与电容C5和电容C9的连接端相接，另一路与运放U2的反相输入端相接，第三路与运放U3的同相输入端相接；运放U3的输出端分两路，一路与运放U3的反相输入端相接，另一路与所述微控制器相接。
如图3所示，所述第二信号调理电路包括运放U4、运放U5和运放U6，所述运放U4的反相输入端经电阻R2与所述测量光电探测器的信号输出端相接，运放U4的同相输入端经电阻R4接地，运放U4的输出端分两路，一路经并联的电容C2和电阻R6与运放U4的反相输入端相接，另一路经电容C4、电阻R10、电容C7和电容C10与运放U5的同相输入端相接，电阻R10和电容C7的连接端经电容C8接地，电容C10和运放U5的同相输入端的连接端经电阻R14接地，运放U5的反相输入端经电阻R12接地，运放U5的输出端分三路，一路经电阻R16与电容C7和电容C10的连接端相接，另一路与运放U5的反相输入端相接，第三路与运放U6的同相输入端相接；运放U6的输出端分两路，一路与运放U6的反相输入端相接，另一路与所述微控制器相接。
本实施例中，光敏电阻或光电二极管转换的电信号较为微弱，无法满足微控制器处理数值的要求，设置数据处理子系统是为了更好的处理光敏电阻或光电二极管采集转换的信号，便于微控制器识别。
实际使用中，数据处理子系统中的第一信号调理电路和第二信号调理电路的结构参数均相同，两个信号调理电路均采用前级放大电路、数据滤波电路以及信号跟随电路对光接收子系统输出的电信号进行数据处理，前级放大电路将光敏电阻或光电二极管转换的微弱电信号进行信号放大，满足微控制器数据处理的范围，信号在传输转换的过程中难免受周围环境的干扰产生噪声，放大后的信号经数据滤波电路滤除噪声干扰信号并通过信号跟随电路保持稳定。
本实施例中，优选地，所述微控制器为ARM微控制或DSP微控制器，ARM微控制或DSP微控制器均为自带2通道以上16位有效并行ADC模数转换功能的控制芯片，可直接处理数据处理子系统输出的数据，以保证速度和精度。
本实用新型的使用过程为：通过直流脉冲电源为LED光源供电，使LED光源发出一定频率和一定波长的光源，经薄膜分光器将该一路光信号分为两路频率相同光信号，其中一路光信号直接照射在参比光电探测器上，参比光电探测器将接收的光信号转为电信号；其中另一路光信号经过待测水质照射在测量光电探测器上，测量光电探测器将接收的光信号转为电信号；参比光电探测器的信号输出端与第一信号调理电路的输入端相接，参比光电探测器转换的电信号经第一信号调理电路的放大、滤波以及信号跟随处理送入微控制器；测量光电探测器的信号输出端与第二信号调理电路的输入端相接，测量光电探测器转换的电信号经第二信号调理电路的放大、滤波以及信号跟随处理送入微控制器；微控制器对两路信号同时进行模数转换并通过液晶显示器实时显示水质检测结果，该结果可存储在存储器中，供后续工作人员的查阅参考分析，可靠性高。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种非接触式水质监测系统，其特征在于：包括光源发射子系统(1)以及依次连接的用于接收光源发射子系统(1)发射的光信号且将所述光信号转换为电信号的光源接收子系统(2)、用于将光源接收子系统(2)输出的微弱电信号进行放大滤波信号调理的数据处理子系统(3)和用于显示并存储输出结果的显示存储子系统(4)；光源发射子系统(1)包括LED光源、为所述LED光源供电的直流脉冲电源和将所述LED光源分为两路频率相同光信号的薄膜分光器，光源接收子系统(2)包括参比光电探测器和测量光电探测器，所述参比光电探测器接收所述薄膜分光器输出的一路光信号，所述薄膜分光器输出的另一路光信号经过待测水质照射在所述测量光电探测器上，数据处理子系统(3)包括用于调理所述参比光电探测器输出信号的第一信号调理电路和用于调理所述测量光电探测器输出信号的第二信号调理电路，显示存储子系统(4)包括微控制器以及与所述微控制器相接的存储器和液晶显示器，所述第一信号调理电路和所述第二信号调理电路均与所述微控制器相接。
2.按照权利要求1所述的一种非接触式水质监测系统，其特征在于：所述第一信号调理电路包括运放U1、运放U2和运放U3，所述运放U1的反相输入端经电阻R1与所述参比光电探测器的信号输出端相接，运放U1的同相输入端经电阻R3接地，运放U1的输出端分两路，一路经并联的电容C1和电阻R5与运放U1的反相输入端相接，另一路经电容C3、电阻R8、电容C5和电容C9与运放U2的同相输入端相接，电阻R8和电容C5的连接端经电容C6接地，电容C9和运放U2的同相输入端的连接端经电阻R13接地，运放U2的反相输入端经电阻R11接地，运放U2的输出端分三路，一路经电阻R15与电容C5和电容C9的连接端相接，另一路与运放U2的反相输入端相接，第三路与运放U3的同相输入端相接；运放U3的输出端分两路，一路与运放U3的反相输入端相接，另一路与所述微控制器相接。
3.按照权利要求1或2所述的一种非接触式水质监测系统，其特征在于：所述第二信号调理电路包括运放U4、运放U5和运放U6，所述运放U4的反相输入端经电阻R2与所述测量光电探测器的信号输出端相接，运放U4的同相输入端经电阻R4接地，运放U4的输出端分两路，一路经并联的电容C2和电阻R6与运放U4的反相输入端相接，另一路经电容C4、电阻R10、电容C7和电容C10与运放U5的同相输入端相接，电阻R10和电容C7的连接端经电容C8接地，电容C10和运放U5的同相输入端的连接端经电阻R14接地，运放U5的反相输入端经电阻R12接地，运放U5的输出端分三路，一路经电阻R16与电容C7和电容C10的连接端相接，另一路与运放U5的反相输入端相接，第三路与运放U6的同相输入端相接；运放U6的输出端分两路，一路与运放U6的反相输入端相接，另一路与所述微控制器相接。
4.按照权利要求3所述的一种非接触式水质监测系统，其特征在于：所述参比光电探测器和所述测量光电探测器均为光敏电阻或光电二极管。
5.按照权利要求3所述的一种非接触式水质监测系统，其特征在于：所述微控制器为ARM微控制或DSP微控制器。
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| CN201620791872.9U CN205826538U (zh) | 2016-07-26 | 2016-07-26 | 一种非接触式水质监测系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN113237843A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-08-10 | 北立传感器技术（武汉）有限公司 | 一种基于嵌入式系统非分散红外气体分析电路及分析方法 |
| CN113703389A (zh) * | 2021-10-29 | 2021-11-26 | 山东西王食品有限公司 | 一种油脂色泽在线监测及控制系统 |
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| CN113237843B (zh) * | 2021-01-19 | 2024-02-23 | 北立传感器技术（武汉）有限公司 | 一种基于嵌入式系统非分散红外气体分析电路及分析方法 |
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