CN209148530U - 一种用于检测水分的红外光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于检测装置技术领域，具体涉及一种用于检测水分的红外光源。一种用于检测水分的红外光源，包括：产生控制信号并将控制信号传输给驱动器的控制器；产生驱动电流驱动LED光源发光且控制LED光源的发光强度的驱动器；根据驱动电流发出红外光的LED光源；所述控制器、驱动器和LED光源依次电连接。本实用新型结果简单，操作方便，可实现闭环控制，输出光强稳定，强度不受环境温度影响；直接产生脉冲红外光，不需要进行机械调制；响应时间快；效率高，发热量小；传感器体积小，重量轻。

Description

一种用于检测水分的红外光源

技术领域

本实用新型属于检测装置技术领域，具体涉及一种用于检测水分的红外光源。

背景技术

水对一些特定波长的红外光表现出强烈的吸收特性，当用这些特定波长的红外光照射物料时，物料中所含的水就会吸收部分红外光的能量，含水越多吸收也越多，因此可通过测量红外光的减少量计算物料的水份。当红外线辐射到一个物体上时，可发生吸收、反射和透过。不同物质具有在某些红外波段存在强烈的吸收特性。水在1.94um处存在强烈的吸收特性。

由于物料对红外线的反射率因其不同的吸收特性及杂散特性而异，若仅用水的吸收波长，物料的表面状态、颜色、结构等因素会干扰水份测量；为此采用三波长法，即一个被水强烈吸收的波长(测量波长)和两个被水吸收不太强的波长(参比波长)，检测和计算这三个波长反射光的能量之比，即可消除其他因素对水份测量的干扰。传统的红外水分仪的光路结构是，卤素灯光源发射的红外光穿过分光盘上的滤光片，经反射镜射向被测物料；分光盘上的不同滤光片只允许某一波长的红外光透过，分光盘在马达的驱动下高速旋转，使测量波长及参比波长的红外光交替射向被测物料；这些红外光有部分被物料吸收，部分反射到凹面聚光镜，被光电传感器接收并转换为电信号，由后续电路处理以计算出物料的水份。

目前公知的用于红外水分检测的光源采用卤钨灯，产生宽带直流红外光，通过斩光调制，得到脉冲红外光，经过滤波，得到需要的检测波长。不足是，这种光源必须经过高速高稳定电机带动斩光盘高速旋转，间隙式交替切断光路，产生脉冲光，受这种电机转速限制，响应慢，故障率高，而且消耗功率大，发热量大，效率低，体积也大。环境温度对光源发光强度影响也大。

实用新型内容

本实用新型目提供了一种用于检测水分的红外光源，解决了现有技术中的红外光源响应慢、消耗功率大的问题。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种用于检测水分的红外光源，包括：产生控制信号并将控制信号传输给驱动器的控制器；产生驱动电流驱动LED光源发光且控制LED光源的发光强度的驱动器；根据驱动电流发出红外光的LED光源；所述控制器、驱动器和LED 光源依次电连接。

进一步地，所述LED光源发出的红外光的运行路径上，依次设置有准直器和滤光片，红外光依次经过准直器和滤光片后，即可进行水分检测。

优选地，所述驱动器为伺服驱动器NSS60601。

优选地，所述控制器由单片机控制。

优选地，所述单片机为带有模数转换器的单片机C8051F060。

优选地，所述滤光片为窄带干涉滤光片NBP1810或NBP1900。

优选地，所述准直器为光纤准直镜SMA90574UV。

进一步地，所述红外光经过滤光片后的运行路径上，还设置有耦合透镜，耦合透镜通过反馈光纤与探测器连接，探测器输入端连接有反馈光纤，输出端与信号调理装置电连接，信号调理装置的输出端与控制器电连接。

优选地，所述探测器为中红外光电探测器PD24。

优选地，所述信号调理装置为高输出电流放大器AD8615。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型结果简单，操作方便，可实现闭环控制，输出光强稳定，强度不受环境温度影响；直接产生脉冲红外光，不需要进行机械调制；响应时间快；效率高，发热量小；传感器体积小，重量轻。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型电路原理图。

图3是本实用新型单片机中的模数转换器结构示意图

图中：1、驱动器；2、LED光源；3、准直器；4、滤光片；5、耦合透镜； 6、反馈光纤；7、探测器；8、信号调理装置；9、控制器。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型做详细的说明。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1：

本实施例提供了一种用于检测水分的红外光源，如图1至图3所示。

本实施例包括：产生控制信号并将控制信号传输给驱动器1的控制器9；产生驱动电流驱动LED光源2发光且控制LED光源2的发光强度的驱动器1；根据驱动电流发出红外光的LED光源2；所述控制器9、驱动器1和LED光源2 依次电连接。

实施例2：

本实施例提供了一种用于检测水分的红外光源，如图1至图3所示。

本实施例包括：产生控制信号并将控制信号传输给驱动器1的控制器9；产生驱动电流驱动LED光源2发光且控制LED光源2的发光强度的驱动器1；根据驱动电流发出红外光的LED光源2；所述控制器9、驱动器1和LED光源2 依次电连接。所述LED光源2发出的红外光的运行路径上，依次设置有准直器 3和滤光片4，红外光依次经过准直器3和滤光片4后，即可进行水分检测。

实施例3：

本实施例提供了一种用于检测水分的红外光源，如图1至图3所示。

本实施例包括：产生控制信号并将控制信号传输给驱动器1的控制器9；产生驱动电流驱动LED光源2发光且控制LED光源2的发光强度的驱动器1；根据驱动电流发出红外光的LED光源2；所述控制器9、驱动器1和LED光源2 依次电连接。所述驱动器1为驱动器NSS60601。

实施例4：

本实施例提供了一种用于检测水分的红外光源，如图1至图3所示。

本实施例包括：产生控制信号并将控制信号传输给驱动器1的控制器9；产生驱动电流驱动LED光源2发光且控制LED光源2的发光强度的驱动器1；根据驱动电流发出红外光的LED光源2；所述控制器9、驱动器1和LED光源2 依次电连接。所述控制器9由单片机控制。

实施例5：

本实施例提供了一种用于检测水分的红外光源，如图1至图3所示。

本实施例包括：产生控制信号并将控制信号传输给驱动器1的控制器9；产生驱动电流驱动LED光源2发光且控制LED光源2的发光强度的驱动器1；根据驱动电流发出红外光的LED光源2；所述控制器9、驱动器1和LED光源2 依次电连接。所述控制器9由单片机控制。所述单片机为带有模数转换器的单片机C8051F060。

实施例6：

本实施例提供了一种用于检测水分的红外光源，如图1至图3所示。

本实施例包括：产生控制信号并将控制信号传输给驱动器1的控制器9；产生驱动电流驱动LED光源2发光且控制LED光源2的发光强度的驱动器1；根据驱动电流发出红外光的LED光源2；所述控制器9、驱动器1和LED光源2 依次电连接。所述LED光源2发出的红外光的运行路径上，依次设置有准直器 3和滤光片4，红外光依次经过准直器3和滤光片4后，即可进行水分检测。所述滤光片4为窄带干涉滤光片NBP1810或NBP1900。

实施例7：

本实施例提供了一种用于检测水分的红外光源，如图1至图3所示。

本实施例包括：产生控制信号并将控制信号传输给驱动器1的控制器9；产生驱动电流驱动LED光源2发光且控制LED光源2的发光强度的驱动器1；根据驱动电流发出红外光的LED光源2；所述控制器9、驱动器1和LED光源2 依次电连接。所述LED光源2发出的红外光的运行路径上，依次设置有准直器 3和滤光片4，红外光依次经过准直器3和滤光片4后，即可进行水分检测。所述准直器3为光纤准直镜SMA90574UV。

实施例8：

本实施例提供了一种用于检测水分的红外光源，如图1至图3所示。

本实施例包括：产生控制信号并将控制信号传输给驱动器1的控制器9；产生驱动电流驱动LED光源2发光且控制LED光源2的发光强度的驱动器1；根据驱动电流发出红外光的LED光源2；所述控制器9、驱动器1和LED光源2 依次电连接。所述LED光源2发出的红外光的运行路径上，依次设置有准直器 3和滤光片4，红外光依次经过准直器3和滤光片4后，即可进行水分检测。所述红外光经过滤光片4后的运行路径上，还设置有耦合透镜5，耦合透镜5通过反馈光纤6与探测器7电连接，探测器7输入端连接有反馈光纤6，输出端与信号调理装置8电连接，信号调理装置8的输出端与控制器9电连接。

实施例9：

本实施例提供了一种用于检测水分的红外光源，如图1至图3所示。

本实施例包括：产生控制信号并将控制信号传输给驱动器1的控制器9；产生驱动电流驱动LED光源2发光且控制LED光源2的发光强度的驱动器1；根据驱动电流发出红外光的LED光源2；所述控制器9、驱动器1和LED光源2 依次电连接。所述LED光源2发出的红外光的运行路径上，依次设置有准直器 3和滤光片4，红外光依次经过准直器3和滤光片4后，即可进行水分检测。所述红外光经过滤光片4后的运行路径上，还设置有耦合透镜5，耦合透镜5通过反馈光纤6与探测器7电连接，探测器7输入端连接有反馈光纤6，输出端与信号调理装置8电连接，信号调理装置8的输出端与控制器9电连接。所述探测器7为中红外光电探测器PD24。

实施例10：

本实施例提供了一种用于检测水分的红外光源，如图1至图3所示。

本实施例包括：产生控制信号并将控制信号传输给驱动器1的控制器9；产生驱动电流驱动LED光源2发光且控制LED光源2的发光强度的驱动器1；根据驱动电流发出红外光的LED光源2；所述控制器9、驱动器1和LED光源2 依次电连接。所述LED光源2发出的红外光的运行路径上，依次设置有准直器 3和滤光片4，红外光依次经过准直器3和滤光片4后，即可进行水分检测。所述红外光经过滤光片4后的运行路径上，还设置有耦合透镜5，耦合透镜5通过反馈光纤6与探测器7电连接，探测器7输入端连接有反馈光纤6，输出端与信号调理装置8电连接，信号调理装置8的输出端与控制器9电连接。所述信号调理装置8为高输出电流放大器AD8615。

实施例11：

本实施例提供了一种用于检测水分的红外光源，如图1至图3所示。

本实施例包括：产生控制信号并将控制信号传输给驱动器1的控制器9；产生驱动电流驱动LED光源2发光且控制LED光源2的发光强度的驱动器1；根据驱动电流发出红外光的LED光源2；所述控制器9、驱动器1和LED光源2 依次电连接。所述LED光源2发出的红外光的运行路径上，依次设置有准直器 3和滤光片4，红外光依次经过准直器3和滤光片4后，即可进行水分检测。所述驱动器1为伺服驱动器NSS60601。所述控制器9由单片机控制。所述单片机为带有模数转换器的单片机C8051F060。所述滤光片4为窄带干涉滤光片 NBP1810或NBP1900。所述准直器3为光纤准直镜SMA90574UV。所述红外光经过滤光片4后的运行路径上，还设置有耦合透镜5，耦合透镜5通过反馈光纤6 与探测器7电连接，探测器7输入端连接有反馈光纤6，输出端与信号调理装置8电连接，信号调理装置8的输出端与控制器9电连接。所述探测器7为中红外光电探测器PD24。所述信号调理装置8为高输出电流放大器AD8615。

本实用新型控制器9产生触发脉冲，通过驱动器1产生驱动电流，LED发光，红外光经过准直滤光，一部分红外光通过耦合透镜5进入反馈光纤6传输进入探测器7，产生相应的电信号，经过信号调理放大，控制器9检测信号大小，与设定值进行比较，产生控制信号，由驱动器1产生控制电流，控制LED 光源2发光强度，实现闭环控制，得到稳定红外光。

C8051F060是一款完全集成了单片复合信号系统的微控制器。C8051F060具有59个数字I/O引脚，并集成了2个16位1MspsADC。C8051F060结合了高度精密的模拟数据转换器和一个高吞吐量8051CPU，是模拟和计算密集型应用的理想选择。

单片机中的模/数转换接口由2路16位逐次逼近式ADC、集成采样保持器、一个可编程窗口检测器、一个DMA接口组成。ADC0/ADC1可配置成单端或差分输入方式。模/数转换的工作方式，窗口检测器和DMA接口均可通过特殊功能寄存器由软件控制，模/数转换器及其采样保持电路也可通过特殊功能寄存器单独设置。显然，转换启动方式灵活，软件事件、外部硬件信号和周期性的定时溢出都能用作触发信号，转换结束后，16位的结果锁存在SFR中。

传感器采用ADC0作为模/数转换器，输入方式配置为单端方式，输入范围 0～2.5伏。ADC0使用片内精密参考电压源，片内参考电压源电路由一个独立的温度稳定式带隙参考电压发生器产生1.25V电压，再由一个缓冲放大器将其放大2倍，其最大负载电流不能大于100μA，在VREF端和VRGND端外接0.1 μF和47μF的旁路电容器。每个参考电压电路可由参考电压控制寄存器 (REFnCN)分别控制，其中，BIASEn位控制参考电压发生器的使能，REFBEn位控制乘2缓冲器的使能。当禁止时，内部参考电压电路的耗电量为1μA，缓冲放大器呈高阻抗状态；当使用内部参考电压源时，这两个控制位均须置l；当使用外部参考电压源时，控制位REFBEn应置0。应该注意，不论使用何种参考电压源，当使用模/数转换器时，BIASEn位必须置1，不使用模/数转换器时， BIASEn位置0，以有利于降低能耗。

对于ADC0，模/数转换的启动方法有4种，由ADC0CN型寄存器中的转换启动方式位AD0CMl/AD0CM0决定。这4种方式分别是给ADC0CN的AD0BUSY位写1；定时器2的溢出；定时器3的溢出；检测到外部ADC转换启动信号/CNVSTR0 的上跳沿。

传感器采用外部信号启动方式，由同步分离电路产生，模/数转换的结果数据存放在寄存器ADC0H和ADC0L中，在中断处理程序中将结果存入内存，当采集到数个数据后，进行滤波处理，产生一个有效数据，送入发送缓冲区。

窄带干涉滤光片是一种带通滤波器，它利用电介质和金属多层膜的干涉作用，可以从入射光中，选取特定的波长，其半峰值带宽(峰值的一半)为1nm到 40nm。窄带干涉滤光片可代替如光栅那样的昂贵的分光器件，广泛应用于光学实验和工业领域。

光纤准直镜SMA90574UV为可以方便调焦距，其使用方便，通用，可兼容其他光学设备。使用波长为：200nm-2500nm范围内的石英透镜。光束经过透镜后，发散角度不超过2°。可以在UV-VIS或者VIS-NIR应用中调节光束。可以方便调焦距，镜片直径大，为25.4mm，其使用方便，通用。可兼容其他光学设备。

本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (8)

1.一种用于检测水分的红外光源，其特征在于，包括：产生控制信号并将控制信号传输给驱动器(1)的控制器(9)；接收控制信号，产生驱动电流驱动LED光源(2)发光且控制LED光源(2)的发光强度的驱动器(1)；根据驱动电流发出红外光的LED光源(2)；所述控制器(9)、驱动器(1)和LED光源(2)依次电连接；

所述LED光源(2)发出的红外光的运行路径上，依次设置有准直器(3)和滤光片(4)，红外光依次经过准直器(3)和滤光片(4)后，即可进行水分检测；

所述红外光经过滤光片(4)后的运行路径上，还设置有耦合透镜(5)，一部分光信号通过耦合透镜(5)耦合进入反馈光纤(6)并将光信号引入探测器(7)，探测器(7)输入端连接有反馈光纤(6)，输出端与信号调理装置(8)电连接，信号调理装置(8)的输出端与控制器(9)电连接。

2.根据权利要求1所述的用于检测水分的红外光源，其特征在于：所述驱动器(1)采用NSS60601。

3.根据权利要求1所述的用于检测水分的红外光源，其特征在于：所述控制器(9)由单片机控制。

4.根据权利要求3所述的用于检测水分的红外光源，其特征在于：所述单片机为带有模数转换器的单片机C8051F060。

5.根据权利要求1所述的用于检测水分的红外光源，其特征在于：所述滤光片(4)为窄带干涉滤光片NBP1810或NBP1900。

6.根据权利要求1所述的用于检测水分的红外光源，其特征在于：所述准直器(3)为光纤准直镜SMA90574UV。

7.根据权利要求1所述的用于检测水分的红外光源，其特征在于：所述探测器(7)为中红外光电探测器PD24。

8.根据权利要求1所述的用于检测水分的红外光源，其特征在于：所述信号调理装置(8)为高输出电流放大器AD8615。