專(zhuān)利名稱(chēng)：一種濁度傳感器及其水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種濁度傳感器及其水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高，以及對(duì)飲水與健康關(guān)系研究的不斷深入，人們對(duì)飲用水水質(zhì)的要求也在不斷提高。濁度是水體光學(xué)性質(zhì)的一種特征參數(shù)，它不但是衡量水質(zhì)良好程度的重要指標(biāo)之一，也是考核水處理效果的重要依據(jù)，因此，對(duì)水體濁度的在線(xiàn)檢測(cè)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前針對(duì)水體的濁度通?？刹捎蒙⑸浞ㄟM(jìn)行檢測(cè)，散射法的檢測(cè)原理是，使用光源將一束固定波長(zhǎng)的入射光射入待檢測(cè)的水體中，入射光照射到水體中懸浮的粒子時(shí)發(fā)生散射，水體越渾濁則光的散射越明顯，采用硅光電池、光電接收器、光電倍增管等光電轉(zhuǎn)換器件從與入射光呈90°的方向上檢測(cè)散射光強(qiáng)度，便可根據(jù)散射光強(qiáng)度與水體濁度的換算關(guān)系檢測(cè)出水體濁度?，F(xiàn)有技術(shù)中也有借助散射法進(jìn)行檢測(cè)的濁度傳感器。例如我國(guó)專(zhuān)利CN200920350660. 7公開(kāi)了一種濁度傳感器就是利用散射法進(jìn)行濁度檢測(cè)，其包括殼體、電路板、光發(fā)射器和光電接收器，電路板和光發(fā)射器安裝在殼體上端內(nèi)，殼體下端設(shè)有兩個(gè)半圓柱狀的管腳，光電接收器安裝在其中的一個(gè)管腳內(nèi)，另一個(gè)管腳內(nèi)還安裝有超聲波發(fā)生器，用于通過(guò)超聲波振動(dòng)清潔光電接收器的窗口玻璃；該濁度傳感器由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因，進(jìn)行濁度檢測(cè)時(shí)必須將其光發(fā)射器(即光源)和光電接收器(即光電轉(zhuǎn)換器件)所在的部分全部浸沒(méi)入待檢測(cè)水體中，從而容易使得水體中的污物附著在光源和光電轉(zhuǎn)換器件的透鏡玻璃上，對(duì)光源發(fā)出的光強(qiáng)度以及光電轉(zhuǎn)換器件對(duì)散射光的接收都有影響，雖然其設(shè)置有超聲波發(fā)生器清潔光電接收器的窗口玻璃，但光源部分的污物卻難以去除，而光源部分的透鏡或玻璃板出現(xiàn)污物對(duì)濁度檢測(cè)的影響大大超過(guò)在光電接收器處的透鏡或玻璃板出現(xiàn)污物，并且在對(duì)水體進(jìn)行濁度檢測(cè)時(shí)開(kāi)啟超聲波震蕩裝置容易在水體內(nèi)形成氣泡，氣泡將對(duì)入射光的折射、散射產(chǎn)生較大影響，這些因素都影響到濁度傳感器的檢測(cè)精度；另一方面，入射光經(jīng)待檢測(cè)水體后在90°方向的散射光強(qiáng)度本來(lái)就較弱，特別是在飲用水等水質(zhì)較好、濁度較低的水質(zhì)檢測(cè)應(yīng)用中更是如此，該濁度傳感器又僅在光源向下射出入射光的一側(cè)設(shè)置有光電接收器來(lái)檢測(cè)散射光強(qiáng)度，導(dǎo)致其能夠檢測(cè)到的散射光強(qiáng)度更有限，因此在檢測(cè)控制電路中必須設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器件對(duì)光電接收器的檢測(cè)輸出電壓進(jìn)行放大后換算出水體濁度，而運(yùn)算放大器件增加了檢測(cè)系統(tǒng)的處理環(huán)節(jié)，帶來(lái)一定程度的可靠性下降，并且運(yùn)算放大器件本身容易受到溫度影響而產(chǎn)生零點(diǎn)漂移問(wèn)題，也導(dǎo)致了濁度檢測(cè)的準(zhǔn)確性降低。并且，上述缺陷在現(xiàn)有的基于散射法設(shè)計(jì)的濁度傳感器中普遍存在。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種在設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)上均有改進(jìn)的濁度傳感器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中基于散射法設(shè)計(jì)的濁度傳感器因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷而影響濁度檢測(cè)準(zhǔn)確性的問(wèn)題，使得其可以具有更高的濁度檢測(cè)準(zhǔn)確性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)手段
一種池度傳感器，包括殼體、檢測(cè)控制集成電路、光源和光電轉(zhuǎn)換器件；所述殼體由從上至下依次相連的上部殼體、殼體連接部和下部殼體構(gòu)成，所述殼體連接部的一側(cè)相對(duì)于上部殼體和下部殼體向內(nèi)凹陷，使得上部殼體的下端面、殼體連接部向內(nèi)凹陷的一側(cè)以及下部殼體的上端面之間形成一橫向貫通的凹陷空腔；所述檢測(cè)控制集成電路和光源安裝在上部殼體內(nèi)，檢測(cè)控制集成電路設(shè)置于光源的上方，上部殼體下端面上對(duì)應(yīng)于凹陷空腔的位置設(shè)有供光源向下射出光束的透光通孔，且光源和透光通孔之間還安裝有將光源與透光通孔密封隔離的透光鏡片；上部殼體內(nèi)還安裝有用于對(duì)透光鏡片加熱的電熱元件和用于檢測(cè)透光鏡片溫度的溫度傳感器；所述光源、電熱元件和溫度傳感器分別與檢測(cè)控制集成電路電連接；所述下部殼體內(nèi)豎向安裝有圓管狀且透明的水通道管，下部殼體上端面上對(duì)應(yīng)于凹陷空腔的位置設(shè)有將水通道管與凹陷空腔連通的出水口，且光源、透光通孔和出水口的中心連線(xiàn)與水通道管的中軸線(xiàn)在同一直線(xiàn)，下部殼體的下端部設(shè)有將水通道管與外界連通的入水口，水通道管管壁的兩端與下部殼體之間密封安裝；所述光電轉(zhuǎn)換器件安裝在下部殼體內(nèi)，且光電轉(zhuǎn)換器件為環(huán)形并周向環(huán)繞布置在水通道管管壁的外側(cè)，光電轉(zhuǎn)換器件與檢測(cè)控制集成電路電連接。上述的濁度傳感器中，作為進(jìn)一步的改進(jìn)方案，所述光源為激光二極管，且激光二極管向下射出光束的方向與水通道管的中軸線(xiàn)在同一直線(xiàn)。上述的濁度傳感器中，作為進(jìn)一步的改進(jìn)方案，所述透光鏡片和水通道管均采用石英玻璃制成。上述的濁度傳感器中，作為進(jìn)一步的改進(jìn)方案，所述光電轉(zhuǎn)換器件由數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換器單體串接形成環(huán)形，各個(gè)光電接收器單體的感光面均朝向水通道管且感光方向與水通道管的中軸線(xiàn)呈90度。上述的濁度傳感器中，作為進(jìn)一步的改進(jìn)方案，所述檢測(cè)控制集成電路的信號(hào)輸出端電連接有用于與外接設(shè)備相連的信號(hào)輸出線(xiàn)，所述上部殼體設(shè)有出線(xiàn)孔，所述信號(hào)輸出線(xiàn)通過(guò)出線(xiàn)孔從上部殼體穿出。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了上述濁度傳感器的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法，以更好地確保濁度檢測(cè)準(zhǔn)確性；為此，本發(fā)明采用了如下技術(shù)手段
上述濁度傳感器的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法，將濁度傳感器的下部殼體所封裝的部分浸沒(méi)入待檢測(cè)水體中，讓水通道管道中灌滿(mǎn)待檢測(cè)水體，并保持濁度傳感器的殼體連接部以上的部分處于待檢測(cè)水體的液面之上且水通道管道的中軸線(xiàn)與水平面相垂直，然后開(kāi)啟濁度傳感器；濁度傳感器開(kāi)啟后，按如下步驟執(zhí)行水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)處理
1)檢測(cè)控制集成電路獲取溫度傳感器檢測(cè)的溫度，判斷溫度傳感器檢測(cè)的溫度是否達(dá)到預(yù)設(shè)定的溫度閾值T ;若是，則立即執(zhí)行步驟2 ;否則，檢測(cè)控制集成電路控制啟動(dòng)電熱元件，對(duì)透光鏡片進(jìn)行加熱，直至溫度傳感器檢測(cè)的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)定的溫度閾值T時(shí)控制關(guān)閉電熱元件，然后執(zhí)行步驟2;
2)檢測(cè)控制集成電路控制開(kāi)啟光源，等待預(yù)設(shè)定的光源穩(wěn)定延時(shí)八^后，執(zhí)行步驟3;
3)檢測(cè)控制集成電路采集一次光電轉(zhuǎn)換器件的輸出電壓值，并判斷當(dāng)前采集光電轉(zhuǎn)換
5器件輸出電壓值的次數(shù)是否已達(dá)到預(yù)設(shè)定的求均值次數(shù)N ;若是，則執(zhí)行步驟4 ;否則，執(zhí)行步驟5 ;
4)檢測(cè)控制集成電路計(jì)算最近N次采集的光電轉(zhuǎn)換器件輸出電壓值的平均電壓值，根據(jù)預(yù)設(shè)定的濁度檢測(cè)擬合函數(shù)將所述平均電壓值轉(zhuǎn)換為濁度檢測(cè)值，并通過(guò)信號(hào)輸出端輸出濁度檢測(cè)值；然后執(zhí)行步驟5 ；
5)檢測(cè)控制集成電路控制關(guān)閉光源，等待預(yù)設(shè)定的光源休眠延時(shí)△12后，返回執(zhí)行步驟I。上述的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法中，作為進(jìn)一步的改進(jìn)方案，在所述步驟I中檢測(cè)控制集成電路獲取溫度傳感器檢測(cè)的溫度時(shí)，若獲取溫度傳感器檢測(cè)的溫度失敗，檢測(cè)控制集成電路則暫停水體濁度檢測(cè)過(guò)程，并通過(guò)信號(hào)輸出端輸出報(bào)警信號(hào)。上述的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法中，作為一種優(yōu)選方案，所述溫度閾值T的取值范圍為35 45。。。上述的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法中，作為一種優(yōu)選方案，所述求均值次數(shù)N的取值范圍為10 30。上述的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法中，作為一種優(yōu)選方案，所述光源穩(wěn)定延時(shí)At1的取值范圍為30(Γ600毫秒；所述光源休眠延時(shí)At2的取值范圍為5 15秒。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果
I、本發(fā)明的濁度傳感器采用了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，光源和透光通孔設(shè)置于上部殼體內(nèi)，作為水體濁度檢測(cè)區(qū)域的水通道管設(shè)置于下部殼體內(nèi)，上部殼體與下部殼體之間具有一橫向貫通的凹陷空腔，該凹陷空腔使得上部殼體和下部殼體之間具有一個(gè)開(kāi)放式的隔離區(qū)，因此本發(fā)明的濁度傳感器在對(duì)水體進(jìn)行濁度檢測(cè)時(shí)，可以?xún)H將下部殼體所封裝的部分浸沒(méi)入待檢測(cè)水體中并保持濁度傳感器的殼體連接部以上的部分處于待檢測(cè)水體的液面之上，使水體的液面位于開(kāi)放式的凹陷空腔區(qū)域內(nèi)，這樣以來(lái)，即便因水流造成液面涌動(dòng)也能夠不受阻礙地從開(kāi)放式的凹陷空腔區(qū)域流過(guò)，讓水體不容易飛濺到透光通孔內(nèi)和透光鏡片上，從而可以大幅減少、甚至避免光源處的透光鏡片直接與待檢測(cè)水體接觸，盡可能地避免了水體中的污物附著在透光鏡片上而影響濁度檢測(cè)精度，使得其可以具有更高的濁度檢測(cè)準(zhǔn)確性。2、本發(fā)明的濁度傳感器還考慮到檢測(cè)環(huán)境潮濕的因素，容易在透光鏡片上形成水霧而導(dǎo)致光源光線(xiàn)產(chǎn)生散射，影響濁度檢測(cè)的準(zhǔn)確性，因此本發(fā)明濁度傳感器的上部殼體內(nèi)還安裝了用于對(duì)透光鏡片加熱的電熱元件和用于檢測(cè)透光鏡片溫度的溫度傳感器，通過(guò)加熱防止透光鏡片凝結(jié)水霧，消除了透光鏡片起霧對(duì)檢測(cè)的影響，同時(shí)可以利用溫度傳感器進(jìn)行溫度監(jiān)控，防止過(guò)熱對(duì)器件的壽命產(chǎn)生影響。3、本發(fā)明的濁度傳感器中，作為水體濁度檢測(cè)區(qū)域的水通道管為圓管狀且透明，光源、透光通孔和出水口的中心連線(xiàn)與水通道管的中軸線(xiàn)在同一直線(xiàn)，且光電轉(zhuǎn)換器件為環(huán)形并周向環(huán)繞布置在水通道管管壁的外側(cè)，這使得環(huán)形的光電轉(zhuǎn)換器件可以360°地采集水體的散射光，最大限度增加了對(duì)散射光的有效接收量，提高了信噪比，因此在檢測(cè)控制集成電路中不必要再依靠運(yùn)算放大器件對(duì)光電接收器件的檢測(cè)輸出電壓進(jìn)行放大即可進(jìn)行采樣和檢測(cè)，不僅簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，還避免了因運(yùn)算放大器件的零點(diǎn)漂移問(wèn)題影響濁度檢測(cè)的準(zhǔn)確性，更好的保證了濁度傳感器的穩(wěn)定性和可靠性。
4、本發(fā)明濁度傳感器的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法，采用了多次采集光電轉(zhuǎn)換器件的輸出電壓值并取其N(xiāo)次均值的處理方式獲得濁度檢測(cè)值，有助于減小誤差、增強(qiáng)濁度檢測(cè)的穩(wěn)定性；在每一次米集光電轉(zhuǎn)換器件的輸出電壓值之前，都會(huì)先獲取溫度傳感器檢測(cè)的溫度，并在溫度未能達(dá)到預(yù)設(shè)定的溫度閾值T時(shí)啟動(dòng)電熱元件對(duì)透光鏡片進(jìn)行加熱，以防止透光鏡片凝結(jié)水霧，消除透光鏡片起霧對(duì)濁度檢測(cè)的影響；每一次檢測(cè)過(guò)程中，打開(kāi)光源后都會(huì)等待預(yù)設(shè)定的光源穩(wěn)定延時(shí)△ h，讓光源發(fā)射的入射光穩(wěn)定之后，再采集光電轉(zhuǎn)換器件的輸出電壓值，避免光源不穩(wěn)定引起的檢測(cè)誤差；從而通過(guò)在線(xiàn)檢測(cè)控制過(guò)程的改進(jìn)，進(jìn)一步的保證了濁度檢測(cè)準(zhǔn)確性。5、本發(fā)明濁度傳感器的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法中，在每一次采集光電轉(zhuǎn)換器件的輸出電壓值之后，都讓光源關(guān)閉，等待預(yù)設(shè)定的光源休眠延時(shí)△ t2后，再執(zhí)行下一次的數(shù)據(jù)采集的檢測(cè)處理，讓光源間歇性工作，避免光源持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致其因溫度過(guò)高而光強(qiáng)穩(wěn)定性變差，同時(shí)也有助于延長(zhǎng)光源的使用壽命。


圖I為本發(fā)明濁度傳感器一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)剖視示意圖2為圖I的A-A剖面視圖3為本發(fā)明濁度傳感器啟動(dòng)后執(zhí)行水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)處理的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供了一種濁度傳感器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明濁度傳感器在設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)上均有改進(jìn)。如圖I所示，與現(xiàn)有技術(shù)相似之處在于，本發(fā)明的濁度傳感器同樣包括有殼體10、檢測(cè)控制集成電路20、光源30和光電轉(zhuǎn)換器件40 ;其中，檢測(cè)控制集成電路20可以采用單片機(jī)、嵌入式芯片等微處理器為核心的集成電路，用于對(duì)濁度檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集并處理輸出濁度檢測(cè)結(jié)果；光源30用于向待測(cè)試的水體發(fā)射入射光；光電轉(zhuǎn)換器件40用于感測(cè)入射光經(jīng)待測(cè)試水體后的散射光并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。但與現(xiàn)有技術(shù)的不同設(shè)計(jì)在于，殼體10由從上至下依次相連的上部殼體11、殼體連接部12和下部殼體13構(gòu)成，殼體連接部12的一側(cè)相對(duì)于上部殼體11和下部殼體13向內(nèi)凹陷，使得上部殼體11的下端面、殼體連接部12向內(nèi)凹陷的一側(cè)以及下部殼體13的上端面之間形成一橫向貫通的凹陷空腔14，該凹陷空腔14使得上部殼體11和下部殼體13之間具有一個(gè)開(kāi)放式的隔離區(qū)。檢測(cè)控制集成電路20和光源30安裝在上部殼體11內(nèi)，檢測(cè)控制集成電路20設(shè)置于光源30的上方，上部殼體11下端面上對(duì)應(yīng)于凹陷空腔14的位置設(shè)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之間還安裝有將光源與透光通孔密封隔離的透光鏡片50，通過(guò)該透光鏡片50避免水滴或水蒸氣與光源20直接接觸而損壞光源電路；上部殼體11內(nèi)還安裝有用于對(duì)透光鏡片50加熱的電熱元件60和用于檢測(cè)透光鏡片溫度的溫度傳感器70 ;其中，光源20、電熱元件60和溫度傳感器70分別與檢測(cè)控制集成電路20電連接。下部殼體13內(nèi)豎向安裝有圓管狀且透明的水通道管80，下部殼體13上端面上對(duì)應(yīng)于凹陷空腔14的位置設(shè)有將水通道管80與凹陷空腔14連通的出水口 16，且光源20、透光通孔15和出水口 16的中心連線(xiàn)與水通道管80的中軸線(xiàn)在同一直線(xiàn)，使得光源20通過(guò)透光通孔15向下射出的光束穿過(guò)凹陷空腔14和出水口 16后能夠沿水通道管80的中軸線(xiàn)射入，下部殼體13的下端部設(shè)有將水通道管80與外界連通的入水口 17，從而相互連通的入水口 17、水通道管80和出水口 16就形成了一個(gè)可供待測(cè)試水體流過(guò)的水路通道，且設(shè)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體，因此避免因入水口在上方引起的入水漩渦而導(dǎo)致入射光折射對(duì)散射光檢測(cè)產(chǎn)生影響，水通道管80管壁的兩端與下部殼體13之間密封安裝，光電轉(zhuǎn)換器件40安裝在下部殼體13內(nèi)，且光電轉(zhuǎn)換器件40為環(huán)形并周向環(huán)繞布置在水通道管80管壁的外側(cè)，其安裝結(jié)構(gòu)如圖2所示，使得水通道管80作為一個(gè)水體濁度檢測(cè)區(qū)域，之所以水通道管80管壁的兩端與下部殼體13之間密封安裝是為了對(duì)安裝在下部殼體內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換器件40進(jìn)行防水保護(hù)；光電轉(zhuǎn)換器件40則與檢測(cè)控制集成電路20電連接?？梢钥吹剑景l(fā)明的濁度傳感器采用了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，光源和透光通孔設(shè)置于上部殼體內(nèi)，作為水體濁度檢測(cè)區(qū)域的水通道管設(shè)置于下部殼體內(nèi)，上部殼體與下部殼體之間具有一橫向貫通的凹陷空腔，該凹陷空腔使得上部殼體和下部殼體之間具有一個(gè)開(kāi)放式的隔離區(qū)，因此本發(fā)明的濁度傳感器在對(duì)水體進(jìn)行濁度檢測(cè)時(shí)，可以?xún)H將下部殼體所封裝的部分浸沒(méi)入待檢測(cè)水體中并保持濁度傳感器的殼體連接部以上的部分處于待檢測(cè)水體的液面之上，使水體的液面位于開(kāi)放式的凹陷空腔區(qū)域內(nèi)，這樣以來(lái)，即便因水流造成液面涌動(dòng)也能夠不受阻礙地從開(kāi)放式的凹陷空腔區(qū)域流過(guò)，讓水體不容易飛濺到透光通孔內(nèi)和透光鏡片上，從而可以大幅減少、甚至避免光源處的透光鏡片直接與待檢測(cè)水體接觸，盡可能地避免了水體中的污物附著在透光鏡片上而影響濁度檢測(cè)的準(zhǔn)確性；另一方面，考慮到檢測(cè)環(huán)境潮濕的因素，雖然光源處的透光鏡片可以不接觸到待測(cè)試水體，但也容易在透光鏡片上形成水霧而導(dǎo)致光源光線(xiàn)產(chǎn)生散射，影響濁度檢測(cè)的準(zhǔn)確性，因此本發(fā)明濁度傳感器的上部殼體內(nèi)還安裝了用于對(duì)透光鏡片加熱的電熱元件和用于檢測(cè)透光鏡片溫度的溫度傳感器，通過(guò)加熱防止透光鏡片凝結(jié)水霧，消除了透光鏡片起霧對(duì)檢測(cè)的影響，同時(shí)可以利用溫度傳感器進(jìn)行溫度監(jiān)控，防止過(guò)熱對(duì)器件的壽命產(chǎn)生影響；電熱元件可采用電熱絲、電熱片等常見(jiàn)的電熱器件，直接與透光鏡片接觸加熱即可，溫度傳感器可與透光鏡片或者電熱元件相接處安裝；再一方面，作為水體濁度檢測(cè)區(qū)域的水通道管為圓管狀且透明，光源、透光通孔和出水口的中心連線(xiàn)與水通道管的中軸線(xiàn)在同一直線(xiàn)，且光電轉(zhuǎn)換器件為環(huán)形并周向環(huán)繞布置在水通道管管壁的外側(cè)，這使得環(huán)形的光電轉(zhuǎn)換器件可以360°地采集水體的散射光，最大限度增加了對(duì)散射光的有效接收量，提高了信噪比，因此在檢測(cè)控制集成電路中不必要再依靠運(yùn)算放大器件對(duì)光電接收器件的檢測(cè)輸出電壓進(jìn)行放大即可進(jìn)行采樣和檢測(cè)，不僅簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，還避免了因運(yùn)算放大器件的零點(diǎn)漂移問(wèn)題影響濁度檢測(cè)的準(zhǔn)確性，更好的保證了濁度傳感器的穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明的濁度傳感器在應(yīng)用具體實(shí)施時(shí)，檢測(cè)控制集成電路可以采用單片機(jī)、嵌入式芯片等微處理器為核心的集成電路，用于對(duì)濁度檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集并處理輸出濁度檢測(cè)結(jié)果，其中包括對(duì)光源和電熱元件的啟?？刂?、對(duì)溫度傳感器和光電轉(zhuǎn)換器件的數(shù)據(jù)采集、對(duì)采集數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理以及對(duì)濁度檢測(cè)結(jié)果的輸出處理，因此作為核心的微處理器最好選用兼具AD轉(zhuǎn)換、邏輯運(yùn)算處理、UART等串行通信接口輸出等功能的處理芯片，例如可選用STM32單片機(jī)；光源最好選用激光二極管，發(fā)射出的光束集中、光強(qiáng)度高，所產(chǎn)生的散射光強(qiáng)也較強(qiáng)，使得散射光的感測(cè)也更容易，而二極管光源的使用壽命也比較長(zhǎng)，激光二極管向下射出光束的方向與水通道管的中軸線(xiàn)在同一直線(xiàn)，這樣使得光束被水體散射后在水通道管側(cè)壁各方向的散射光強(qiáng)度均衡，減少散射光檢測(cè)的誤差；透光鏡片和水通道管優(yōu)選采用石英玻璃制成，因?yàn)槭⒉Ａ腹庑院?、化學(xué)性穩(wěn)定、電絕緣性能優(yōu)良，透光鏡片和水通道管與客體之間的密封安裝方式可以采用粘接密封，也可以采用彈性密封圈密封安裝；如圖2所示，光電轉(zhuǎn)換器件40可以由數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換器單體41串接形成環(huán)形，每個(gè)光電轉(zhuǎn)換器單體41可以是硅光電池、光電接收器、光電倍增管等，各個(gè)光電接收器單體41的感光面均朝向水通道管80且感光方向與水通道管80的中軸線(xiàn)呈90度，以便于更好的采集散射光；安裝于上部殼體內(nèi)的光源、電熱元件和溫度傳感器可以直接與檢測(cè)控制集成電路電連接，而對(duì)于安裝在下部殼體的光電轉(zhuǎn)換器件，可以將殼體連接部設(shè)計(jì)為中空結(jié)構(gòu)，讓光電轉(zhuǎn)換器件的電連接線(xiàn)穿過(guò)殼體連接部的中空通道與上部殼體內(nèi)的檢測(cè)控制集成電路電連接；檢測(cè)控制集成電路的信號(hào)輸出端還可以電連接有用于與外接設(shè)備相連的信號(hào)輸出線(xiàn)，在上部殼體設(shè)出線(xiàn)孔，讓信號(hào)輸出線(xiàn)通過(guò)出線(xiàn)孔從上部殼體穿出，與外接設(shè)備相連。使用時(shí)，將本發(fā)明濁度傳感器的下部殼體所封裝的部分浸沒(méi)入待檢測(cè)水體中，讓水通道管道中灌滿(mǎn)待檢測(cè)水體，并保持濁度傳感器的殼體連接部以上的部分處于待檢測(cè)水體的液面之上且水通道管道的中軸線(xiàn)與水平面相垂直，這樣一方面可以盡可能地避免水體中的污物附著在透光鏡片上而影響濁度檢測(cè)的準(zhǔn)確性，另一方面可使得光源的光束射入水面后依然能夠穿過(guò)水通道管道的中軸線(xiàn)，使得光束被水體散射后在水通道管側(cè)壁各方向的散射光強(qiáng)度均衡；然后開(kāi)啟濁度傳感器。本發(fā)明濁度傳感器的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)處理方式與現(xiàn)有技術(shù)也具有明顯的差別，本發(fā)明的濁度傳感器開(kāi)啟后，其執(zhí)行水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)處理的流程如圖3所示，包括如下步驟
1)檢測(cè)控制集成電路獲取溫度傳感器檢測(cè)的溫度，判斷溫度傳感器檢測(cè)的溫度是否達(dá)到預(yù)設(shè)定的溫度閾值T ;若是，則立即執(zhí)行步驟2 ;否則，檢測(cè)控制集成電路控制啟動(dòng)電熱元件，對(duì)透光鏡片進(jìn)行加熱，直至溫度傳感器檢測(cè)的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)定的溫度閾值T時(shí)控制關(guān)閉電熱元件，然后執(zhí)行步驟2;
2)檢測(cè)控制集成電路控制開(kāi)啟光源，等待預(yù)設(shè)定的光源穩(wěn)定延時(shí)八^后，執(zhí)行步驟3;
3)檢測(cè)控制集成電路采集一次光電轉(zhuǎn)換器件的輸出電壓值，并判斷當(dāng)前采集光電轉(zhuǎn)換器件輸出電壓值的次數(shù)是否已達(dá)到預(yù)設(shè)定的求均值次數(shù)N ;若是，則執(zhí)行步驟4 ;否則，執(zhí)行步驟5 ;
4)檢測(cè)控制集成電路計(jì)算最近N次采集的光電轉(zhuǎn)換器件輸出電壓值的平均電壓值，根據(jù)預(yù)設(shè)定的濁度檢測(cè)擬合函數(shù)將所述平均電壓值轉(zhuǎn)換為濁度檢測(cè)值，并通過(guò)信號(hào)輸出端輸出濁度檢測(cè)值；然后執(zhí)行步驟5 ；
5)檢測(cè)控制集成電路控制關(guān)閉光源，等待預(yù)設(shè)定的光源休眠延時(shí)△12后，返回執(zhí)行步驟I。通過(guò)上述的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)處理流程，可以看到，本發(fā)明的濁度傳感器采用了多次采集光電轉(zhuǎn)換器件的輸出電壓值并取其N(xiāo)次均值的處理方式獲得濁度檢測(cè)值，有助于減小誤差、增強(qiáng)濁度檢測(cè)的穩(wěn)定性；在每一次采集光電轉(zhuǎn)換器件的輸出電壓值之前，都會(huì)先獲取溫度傳感器檢測(cè)的溫度，并在溫度未能達(dá)到預(yù)設(shè)定的溫度閾值T時(shí)啟動(dòng)電熱元件對(duì)透光鏡片進(jìn)行加熱，以防止透光鏡片凝結(jié)水霧，消除透光鏡片起霧對(duì)濁度檢測(cè)的影響；在檢測(cè)控制集成電路獲取溫度傳感器檢測(cè)的溫度時(shí)，還可以增加溫度傳感器安全檢測(cè)處理步驟，
9即，若獲取溫度傳感器檢測(cè)的溫度失敗，檢測(cè)控制集成電路則暫停水體濁度檢測(cè)過(guò)程，并通過(guò)信號(hào)輸出端輸出報(bào)警信號(hào)，這樣可以避免在無(wú)法進(jìn)行溫度監(jiān)控時(shí)誤開(kāi)啟電熱元件對(duì)透光鏡片進(jìn)行持續(xù)加熱而導(dǎo)致設(shè)備過(guò)熱而造成器件損壞；每一次檢測(cè)過(guò)程中，打開(kāi)光源后都會(huì)等待預(yù)設(shè)定的光源穩(wěn)定延時(shí)△ t1;讓光源發(fā)射的入射光穩(wěn)定之后，再采集光電轉(zhuǎn)換器件的輸出電壓值，避免光源不穩(wěn)定引起的檢測(cè)誤差；同時(shí)，在每一次米集光電轉(zhuǎn)換器件的輸出電壓值之后，都讓光源關(guān)閉，等待預(yù)設(shè)定的光源休眠延時(shí)△〖2后，再執(zhí)行下一次的數(shù)據(jù)采集的檢測(cè)處理，讓光源間歇性工作，避免光源持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致其因溫度過(guò)高而光強(qiáng)穩(wěn)定性變差，而且間歇性工作的方式也有助于延長(zhǎng)光源(特別對(duì)于二極管光源而言)的使用壽命。具體應(yīng)用時(shí)，溫度閾值T的取值范圍優(yōu)選為35 45°C，以避免透光鏡片上凝結(jié)水霧，同時(shí)又不至透光鏡片溫度過(guò)高；求均值次數(shù)N的取值范圍優(yōu)選為1(Γ30，這樣既可以保證檢測(cè)結(jié)果較為穩(wěn)定，又避免了因求均值次數(shù)過(guò)多而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的處理延遲較長(zhǎng)；光源穩(wěn)定延時(shí)At1的取值范圍優(yōu)選為30(Γ600毫秒，光源休眠延時(shí)At2的取值范圍優(yōu)選為25 15秒，在保證光源穩(wěn)定以及間歇性工作的同時(shí)也保證了濁度傳感器具有較好的監(jiān)測(cè)處理效率。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種池度傳感器,包括殼體、檢測(cè)控制集成電路、光源和光電轉(zhuǎn)換器件；其特征在于: 所述殼體由從上至下依次相連的上部殼體、殼體連接部和下部殼體構(gòu)成，所述殼體連接部的一側(cè)相對(duì)于上部殼體和下部殼體向內(nèi)凹陷，使得上部殼體的下端面、殼體連接部向內(nèi)凹陷的一側(cè)以及下部殼體的上端面之間形成一橫向貫通的凹陷空腔； 所述檢測(cè)控制集成電路和光源安裝在上部殼體內(nèi)，檢測(cè)控制集成電路設(shè)置于光源的上方，上部殼體下端面上對(duì)應(yīng)于凹陷空腔的位置設(shè)有供光源向下射出光束的透光通孔，且光源和透光通孔之間還安裝有將光源與透光通孔密封隔離的透光鏡片；上部殼體內(nèi)還安裝有用于對(duì)透光鏡片加熱的電熱元件和用于檢測(cè)透光鏡片溫度的溫度傳感器；所述光源、電熱元件和溫度傳感器分別與檢測(cè)控制集成電路電連接； 所述下部殼體內(nèi)豎向安裝有圓管狀且透明的水通道管，下部殼體上端面上對(duì)應(yīng)于凹陷空腔的位置設(shè)有將水通道管與凹陷空腔連通的出水口，且光源、透光通孔和出水口的中心連線(xiàn)與水通道管的中軸線(xiàn)在同一直線(xiàn)，下部殼體的下端部設(shè)有將水通道管與外界連通的入水口，水通道管管壁的兩端與下部殼體之間密封安裝；所述光電轉(zhuǎn)換器件安裝在下部殼體內(nèi)，且光電轉(zhuǎn)換器件為環(huán)形并周向環(huán)繞布置在水通道管管壁的外側(cè)，光電轉(zhuǎn)換器件與檢測(cè)控制集成電路電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濁度傳感器，其特征在于，所述光源為激光二極管，且激光二極管向下射出光束的方向與水通道管的中軸線(xiàn)在同一直線(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濁度傳感器，其特征在于，所述透光鏡片和水通道管均采用石英玻璃制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濁度傳感器，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換器件由數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換器單體串接形成環(huán)形，各個(gè)光電接收器單體的感光面均朝向水通道管且感光方向與水通道管的中軸線(xiàn)呈90度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濁度傳感器，其特征在于，所述檢測(cè)控制集成電路的信號(hào)輸出端電連接有用于與外接設(shè)備相連的信號(hào)輸出線(xiàn)，所述上部殼體設(shè)有出線(xiàn)孔，所述信號(hào)輸出線(xiàn)通過(guò)出線(xiàn)孔從上部殼體穿出。
6.如權(quán)利要求I所述濁度傳感器的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法，其特征在于，將濁度傳感器的下部殼體所封裝的部分浸沒(méi)入待檢測(cè)水體中，讓水通道管道中灌滿(mǎn)待檢測(cè)水體，并保持濁度傳感器的殼體連接部以上的部分處于待檢測(cè)水體的液面之上且水通道管道的中軸線(xiàn)與水平面相垂直，然后開(kāi)啟濁度傳感器；濁度傳感器開(kāi)啟后，按如下步驟執(zhí)行水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)處理 1)檢測(cè)控制集成電路獲取溫度傳感器檢測(cè)的溫度，判斷溫度傳感器檢測(cè)的溫度是否達(dá)到預(yù)設(shè)定的溫度閾值T ;若是，則立即執(zhí)行步驟2 ;否則，檢測(cè)控制集成電路控制啟動(dòng)電熱元件，對(duì)透光鏡片進(jìn)行加熱，直至溫度傳感器檢測(cè)的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)定的溫度閾值T時(shí)控制關(guān)閉電熱元件，然后執(zhí)行步驟2; 2)檢測(cè)控制集成電路控制開(kāi)啟光源，等待預(yù)設(shè)定的光源穩(wěn)定延時(shí)八^后，執(zhí)行步驟3; 3)檢測(cè)控制集成電路采集一次光電轉(zhuǎn)換器件的輸出電壓值，并判斷當(dāng)前采集光電轉(zhuǎn)換器件輸出電壓值的次數(shù)是否已達(dá)到預(yù)設(shè)定的求均值次數(shù)N ;若是，則執(zhí)行步驟4 ;否則，執(zhí)行步驟5 ;4)檢測(cè)控制集成電路計(jì)算最近N次采集的光電轉(zhuǎn)換器件輸出電壓值的平均電壓值，根據(jù)預(yù)設(shè)定的濁度檢測(cè)擬合函數(shù)將所述平均電壓值轉(zhuǎn)換為濁度檢測(cè)值，并通過(guò)信號(hào)輸出端輸出濁度檢測(cè)值；然后執(zhí)行步驟5 ； 5)檢測(cè)控制集成電路控制關(guān)閉光源，等待預(yù)設(shè)定的光源休眠延時(shí)△12后，返回執(zhí)行步驟I。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法，其特征在于，在所述步驟I中檢測(cè)控制集成電路獲取溫度傳感器檢測(cè)的溫度時(shí)，若獲取溫度傳感器檢測(cè)的溫度失敗，檢測(cè)控制集成電路則暫停水體濁度檢測(cè)過(guò)程，并通過(guò)信號(hào)輸出端輸出報(bào)警信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法，其特征在于，所述溫度閾值T的取值范圍為35 45°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法，其特征在于，所述求均值次數(shù)N的取值范圍為10 30。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法，其特征在于，所述光源穩(wěn)定延時(shí)At1的取值范圍為30(Γ600毫秒；所述光源休眠延時(shí)At2的取值范圍為5 15秒。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種濁度傳感器及其水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法，該濁度傳感器采用了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡可能地避免了水體中的污物附著在透光鏡片上而影響濁度檢測(cè)精度，并通過(guò)加熱防止透光鏡片凝結(jié)水霧，消除了透光鏡片起霧對(duì)檢測(cè)的影響，同時(shí)還采用環(huán)形的光電轉(zhuǎn)換器件360°地采集水體的散射光，最大限度增加了對(duì)散射光的有效接收量，不必要再借助運(yùn)算放大器件進(jìn)行信號(hào)放大，更好的保證了濁度傳感器的穩(wěn)定性和可靠性；本發(fā)明濁度傳感器的水體濁度在線(xiàn)檢測(cè)方法，采用了多次采集光電轉(zhuǎn)換器件的輸出電壓值并取均值的處理方式，并且每次檢測(cè)過(guò)程都結(jié)合了加熱和燈光控制，消除了透光鏡片起霧及光源不穩(wěn)定引起的檢測(cè)誤差，進(jìn)一步的保證了濁度檢測(cè)準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01N21/15GK102928386SQ20121049009
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者唐云建, 韓鵬, 孫懷義, 胡曉力, 莫斌, 董寧, 彭紅, 梁晶 申請(qǐng)人:重慶市科學(xué)技術(shù)研究院