本發(fā)明屬于信號(hào)采集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高精度紅外水分儀探測裝置。

背景技術(shù)：

紅外水分儀是一種在線非接觸式物料水分檢測儀。該產(chǎn)品適用于冶金、煤炭、化工、造紙、煙草、食品等多個(gè)行業(yè)。其原理基于朗博比爾定律的在水分測量上的應(yīng)用，即水對一些特定波長的紅外光表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸收特性。當(dāng)用這些特定波長照射物料時(shí)，物料含的水就會(huì)吸收部分紅外光的能量，因此可測量反射光的減少量計(jì)算物料的水分。同時(shí)為了消除其他因素對測量的干擾，一般采用一個(gè)被水強(qiáng)烈吸收的波長(測量波長)和一個(gè)被水吸收不太強(qiáng)的波長(參比波長)，分別對物料和傳感器進(jìn)行照射，檢測和計(jì)算這兩個(gè)波長主副管路共4術(shù)反射光的能量之比，測量物料水分。

目前紅外水分儀普遍將硫化鉛等紅外探測器安裝在主副光路的交點(diǎn)處，利用斬光盤依次接受主、副光路測量和參比光束。傳感器固定在機(jī)械懸臂上，在傳感器的兩個(gè)引腳上通過屏蔽線將信號(hào)接入光室外的信號(hào)放大電路板上實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集和后續(xù)放大處理。探測器的信號(hào)將直接影響后續(xù)電路對信號(hào)的處理效果。由于紅外水分計(jì)一般在工業(yè)現(xiàn)場使用，受電源、其他大型設(shè)備電磁干擾等影響較大，傳感器和放大電路板之間信號(hào)傳遞會(huì)增加原始信號(hào)的噪聲，降低后續(xù)信號(hào)處理和水分計(jì)算精確度和靈敏度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高精度紅外水分儀探測裝置，可以有效提高信號(hào)探測效率，降低信號(hào)噪聲，提高紅外水分儀的測量精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高精度紅外水分儀探測裝置，該裝置設(shè)于紅外水分儀中，所述的紅外水分儀用于對測量物料進(jìn)行水分檢測，包括斬光盤、電機(jī)、軸承、主光路聚光筒、光室和光室壁板，該裝置特征在于：包括傳感器、前置放大電路板和傳感器封閉支架；

所述的傳感器封閉支架包括光窗孔、電纜孔、固定腔室、封閉腔體、銅柱、支架蓋和箱體；

所述的傳感器封閉支架設(shè)于主光路聚光筒上方，與主光路聚光筒通過螺紋連接；

所述的箱體包括底板、前側(cè)板、后側(cè)板和左側(cè)板，前側(cè)板、后側(cè)板和左側(cè)板均與底板垂直，前側(cè)板與后側(cè)板互相平行，左側(cè)板連接前側(cè)板和后側(cè)板，且與前側(cè)板垂直；

所述的支架蓋設(shè)于箱體的上方，在由支架蓋和箱體圍成的空間內(nèi)設(shè)有固定腔室和封閉腔體，固定腔室設(shè)于封閉腔體的右側(cè)；

在所述的支架蓋上設(shè)有光窗孔和電纜孔，光窗孔和電纜孔均為圓孔，所述光窗孔的軸線和電纜孔的軸線互相平行，且光窗孔和電纜孔均貫通支架蓋的上表面和下表面，并連通封閉腔體和傳感器封閉支架外部；

所述的傳感器和前置放大電路板設(shè)于封閉腔體內(nèi)，傳感器位于主光路收光反射球面鏡的圓心位置，所述的傳感器的引腳通過導(dǎo)線與前置放大電路板連接，完成原始信號(hào)采集；

傳感器的光窗通過光窗孔接收測量信號(hào)和參比信號(hào)；

所述的軸承一端與電機(jī)連接，另一端穿過光室壁板插入固定腔室內(nèi)，形成測量懸臂；

所述的軸承與光室壁板通過螺紋連接，在所述的軸承上設(shè)有斬光盤，斬光盤位于光室壁板與電機(jī)的中間，電機(jī)通過軸承帶動(dòng)斬光盤旋轉(zhuǎn)，光源發(fā)射的連續(xù)波長紅外光經(jīng)過斬光盤上的濾光片進(jìn)入紅外水分儀的光室，并經(jīng)過反射照射在傳感器上，其中主光路光線通過測量物料反射，副光路光線直接照射傳感器；

所述的前置放大電路板通過兩個(gè)銅柱與主光路反射筒和箱體的底板固定，前置放大電路板通過屏蔽電纜經(jīng)電纜孔與電源和二次放大電路連接。

所述的傳感器封閉支架采用發(fā)黑工藝不反射雜散光，不影響傳感器的測量。

所述的支架蓋與箱體通過螺絲連接固定。

所述的固定腔室和封閉腔體通過薄板隔開，所述薄板與箱體的左側(cè)板平行。

所述的光窗孔的直徑取值范圍為10-18mm，電纜孔的直徑取值范圍為5-10mm，光窗孔的直徑大于電纜孔的直徑。

所述的傳感器選擇硫化鉛傳感器。

所述的硫化鉛傳感器的引腳間距的有效面積為5×5mm。

所述的前置放大電路板采用貼片封裝、多空并排設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)前置放大電路板的小型化。

所述的前置放大電路板采用差分放大器讀取硫化鉛傳感器的信號(hào)。

所述的前置放大電路板上的差分放大電路包括差分放大器AD620U1、硫化鉛傳感器Q1、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、鉭電容C1、鉭電容C2、鉭電容C3、鉭電容C4、鉭電容C5、電解電容E1、電解電容E2、電解電容E3、電解電容E4、接線端子P1、插頭P2、正負(fù)12V電源和地線；

所述的硫化鉛傳感器與電阻R2、電阻R3、電阻R6、電阻R5串聯(lián)在正負(fù)12伏電源中；差分放大器的引腳2串聯(lián)鉭電容C1，引腳3串聯(lián)鉭電容C2，差分放大器和硫化鉛傳感器并聯(lián)，用于讀取硫化鉛傳感器的信號(hào)；鉭電容C1串聯(lián)電阻R4接地，鉭電容C2串聯(lián)電阻R7接地，對地釋放高頻干擾信號(hào)；電解電容E1與電阻R2、電阻R3，電解電容E2與電阻R5、電阻R6分別構(gòu)成T型正負(fù)12伏電源，為硫化鉛傳感器供電；電阻R11和電阻R1串聯(lián)在差分放大器的引腳1和引腳2之間，通過調(diào)整電阻R11和電阻R1的阻值可以有效調(diào)整差分放大器的放大倍數(shù)；電阻R8、電解電容E3、鉭電容C3，電阻R9、電解電容E4、鉭電容C4分別組成濾波電路；正負(fù)12伏電源通過電阻R8和電阻R9連接差分放大器的引腳7和引腳4，為差分放大器供電；電解電容E3和鉭電容C3并聯(lián)接地，電解電容E4和鉭電容C4并聯(lián)接地，用于釋放電源中的干擾信號(hào)，降低電源紋，減小差分放大器的電源紋波；差分放大器的輸出引腳6和鉭電容C5串聯(lián)，將差分放大器的信號(hào)通過接線端子P1傳遞給后續(xù)處理電路，鉭電容C5通過串聯(lián)電阻R10接地，將高頻干擾信號(hào)導(dǎo)入地中；插頭P2為前置放大電路板提供正負(fù)12V電源和地線，接線端子P1和插頭P2分別通過四芯屏蔽電纜與后續(xù)電路連接。

本發(fā)明的顯著效果在于：

(1)本發(fā)明裝置使信號(hào)經(jīng)過放大后再通過屏蔽電纜傳遞給后續(xù)處理電路，有效提高了信號(hào)的探測效率。

(2)本發(fā)明裝置將傳感器直接與前置放大電路板連接，通過傳感器封閉支架安裝在紅外水分儀檢測光路中，最大限度地縮短了原始信號(hào)到輸入級放大電路的距離，能夠提高信號(hào)傳輸過程中的信噪比，避免了傳感器原始信號(hào)通過導(dǎo)線傳遞到放大電路板過程中受到的電磁干擾，降低了原始信號(hào)傳輸過程中的噪聲干擾。

(3)本發(fā)明裝置的前置放大電路板采用貼片封裝，減小了安裝尺寸，降低了對光路的影響。

(4)采用本發(fā)明裝置進(jìn)行測量，測量精度高，測量范圍廣。

附圖說明

圖1為一種高精度紅外水分儀探測裝置示意圖；

圖2為傳感器封閉支架示意圖；

圖3為紅外水分儀測量原理示意圖；

圖4為前置放大電路板原理圖。

圖中：1.傳感器；2.測量物料；3.斬光盤；4.電機(jī)；5.光窗孔；6.電纜孔；7.固定腔室；8.封閉腔體；9.軸承；10.銅柱；11.主光路聚光筒；12.前置放大電路板；13.支架蓋；14.箱體；15.光室壁板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1-3所示的一種高精度紅外水分儀探測裝置，該裝置設(shè)于紅外水分儀中，所述的紅外水分儀用于對測量物料2進(jìn)行水分檢測，該裝置包括傳感器1、前置放大電路板12和傳感器封閉支架。所述的紅外水分儀包括斬光盤3、電機(jī)4、軸承9、主光路聚光筒11、光室和光室壁板15。

所述的傳感器封閉支架包括光窗孔5、電纜孔6、固定腔室7、封閉腔體8、銅柱10、支架蓋13和箱體14。所述的傳感器封閉支架設(shè)于主光路聚光筒11上方，與主光路聚光筒11通過螺紋連接。所述的傳感器封閉支架采用發(fā)黑工藝不反射雜散光，不影響傳感器1的測量。

所述的箱體14包括底板、前側(cè)板、后側(cè)板和左側(cè)板。其中，前側(cè)板、后側(cè)板和左側(cè)板均與底板垂直，前側(cè)板與后側(cè)板互相平行，左側(cè)板連接前側(cè)板和后側(cè)板，且與前側(cè)板垂直。

所述的支架蓋13設(shè)于箱體14的上方，兩者通過螺絲連接固定。在由支架蓋13和箱體14圍成的空間內(nèi)設(shè)有固定腔室7和封閉腔體8，固定腔室7設(shè)于封閉腔體8的右側(cè)，固定腔室7和封閉腔體8通過薄板隔開，所述薄板與箱體14的左側(cè)板平行。在所述的支架蓋13上設(shè)有光窗孔5和電纜孔6，光窗孔5和電纜孔6均為圓孔，光窗孔5的直徑取值范圍為10-18mm，電纜孔6的直徑取值范圍為5-10mm，光窗孔5的直徑大于電纜孔6的直徑。所述光窗孔5的軸線和電纜孔6的軸線互相平行，且光窗孔5和電纜孔6均貫通支架蓋13的上表面和下表面，并連通封閉腔體8和傳感器封閉支架外部。

所述的傳感器1和前置放大電路板12設(shè)于封閉腔體8內(nèi)，傳感器1位于主光路收光反射球面鏡的圓心位置。所述的傳感器1的引腳通過導(dǎo)線與前置放大電路板12連接，完成原始信號(hào)采集，傳感器1的光窗通過光窗孔5接收測量信號(hào)和參比信號(hào)。所述的傳感器1選擇硫化鉛傳感器，硫化鉛傳感器的引腳間距的有效面積為5×5mm。

所述的軸承9一端與電機(jī)4連接，另一端穿過光室壁板15插入固定腔室7內(nèi)，形成測量懸臂。所述的軸承9與光室壁板15通過螺紋連接。在所述的軸承9上設(shè)有斬光盤3，斬光盤3位于光室壁板15與電機(jī)4的中間，電機(jī)4通過軸承9帶動(dòng)斬光盤3旋轉(zhuǎn)，光源發(fā)射的連續(xù)波長紅外光經(jīng)過斬光盤3上的濾光片進(jìn)入紅外水分儀的光室，并經(jīng)過反射照射在傳感器1上，其中主光路光線通過測量物料2反射，副光路光線直接照射傳感器1。

所述的前置放大電路板12通過兩個(gè)銅柱10與主光路反射筒11和箱體14的底板固定，前置放大電路板12通過屏蔽電纜經(jīng)電纜孔6與電源和二次放大電路連接。所述的前置放大電路板12采用貼片封裝、多空并排設(shè)計(jì)，既減小了電路板尺寸，降低了對光路的影響，實(shí)現(xiàn)了前置放大電路板的小型化，還能夠安裝不同引腳數(shù)量和引腳間距的傳感器1。

如圖4所示的前置放大電路板12采用差分放大器AD620U1讀取硫化鉛傳感器Q1的信號(hào)。所述的前置放大電路板12上的差分放大電路包括差分放大器AD620U1、硫化鉛傳感器Q1、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、鉭電容C1、鉭電容C2、鉭電容C3、鉭電容C4、鉭電容C5、電解電容E1、電解電容E2、電解電容E3、電解電容E4、接線端子P1、插頭P2、正負(fù)12V電源和地線。

所述的硫化鉛傳感器Q1與電阻R2、電阻R3、電阻R6、電阻R5串聯(lián)在正負(fù)12伏電源中；差分放大器AD620U1的引腳2串聯(lián)鉭電容C1，引腳3串聯(lián)鉭電容C2，差分放大器AD620U1和硫化鉛傳感器Q1并聯(lián)，用于讀取硫化鉛傳感器Q1的信號(hào)；鉭電容C1串聯(lián)電阻R4接地，鉭電容C2串聯(lián)電阻R7接地，對地釋放高頻干擾信號(hào)；電解電容E1與電阻R2、電阻R3，電解電容E2與電阻R5、電阻R6分別構(gòu)成T型正負(fù)12伏電源，為硫化鉛傳感器Q1供電；電阻R11和電阻R1串聯(lián)在差分放大器AD620U1的引腳1和引腳2之間，通過調(diào)整電阻R11和電阻R1的阻值可以有效調(diào)整差分放大器AD620U1的放大倍數(shù)；電阻R8、電解電容E3、鉭電容C3，電阻R9、電解電容E4、鉭電容C4分別組成濾波電路；正負(fù)12伏電源通過電阻R8和電阻R9連接差分放大器AD620U1的引腳7和引腳4，為差分放大器AD620U1供電；電解電容E3和鉭電容C3并聯(lián)接地，電解電容E4和鉭電容C4并聯(lián)接地，用于釋放電源中的干擾信號(hào)，降低電源紋，減小差分放大器AD620U1的電源紋波；差分放大器AD620U1的輸出引腳6和鉭電容C5串聯(lián)，將差分放大器AD620U1的信號(hào)通過接線端子P1傳遞給后續(xù)處理電路，鉭電容C5通過串聯(lián)電阻R10接地，將高頻干擾信號(hào)導(dǎo)入地中；插頭P2為前置放大電路板12提供正負(fù)12V電源和地線，接線端子P1和插頭P2分別通過四芯屏蔽電纜與后續(xù)電路連接。