一種超低量程濁度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水體光學(xué)性質(zhì)領(lǐng)域，具體地是一種超低量程濁度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]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)水體濁度的在線檢測(cè)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。濁度分析的方式可分為:透射方式、散射方式，散射方式與透射方式相比，在低濁度測(cè)量時(shí)具有靈敏度高、檢測(cè)下限低的優(yōu)點(diǎn)。
[0003]目前針對(duì)水體的濁度檢測(cè)主要采用散射法進(jìn)行檢測(cè)。一種利用散射法進(jìn)行濁度檢測(cè)的濁度傳感器，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因，該濁度傳感器的檢測(cè)性能會(huì)受到外界因素的干擾較大，降低了檢測(cè)精度與可靠性。設(shè)計(jì)了散射式水下在線濁度傳感器，該傳感器具有水下在線測(cè)量、濁度標(biāo)定、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，具有較高的精度，但未考慮天氣因素造成光源部分出現(xiàn)霧狀的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明就是針對(duì)上述濁度傳感器存在的問(wèn)題，提出了一種超低量程濁度傳感器，在光源部分增加了加熱片，將光源部分的鏡片維持在一個(gè)恒定的溫度，克服了光源部分出現(xiàn)霧狀的情況，提高了濁度傳感器檢測(cè)的準(zhǔn)確性；并采用卡爾曼濾波算法對(duì)濁度值進(jìn)行處理，消除高斯噪聲對(duì)濁度傳感器的影響，更進(jìn)一步提高了濁度傳感器檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
[0005]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0006]本發(fā)明一種超低量程濁度傳感器，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:所述濁度傳感器包括上部殼體、下部殼體、檢測(cè)控制集成電路、光源、光電轉(zhuǎn)換器件；所述光電轉(zhuǎn)換器件包括數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換單體，所述數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換單體串聯(lián)連接形成環(huán)形；所述光源和透光通孔設(shè)置于所述上部殼體內(nèi)，作為水體濁度檢測(cè)區(qū)域的水通道管設(shè)置于所述下部殼體內(nèi)；所述上部殼體與下部殼體之間設(shè)置有一橫向貫通的凹陷空腔，所述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)。
[0007]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述檢測(cè)控制集成電路采用單片機(jī)、嵌入式芯片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。
[0008]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述光源采用的是激光二極管，激光二極管向下射出光速的方向與水通道管的中軸線在同一直線，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。
[0009]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述光電轉(zhuǎn)換器件為環(huán)形。
[0010]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述光電轉(zhuǎn)換器件包括數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換單體，并串接形成環(huán)形，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。
[0011]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述上部殼體內(nèi)還安裝了電熱元件和溫度傳感器。
[0012]本發(fā)明的有益效果是。
[0013]本發(fā)明針對(duì)飲用水濁度檢測(cè)，提出了一種超低量程濁度傳感器；該濁度傳感器采用獨(dú)特結(jié)構(gòu)環(huán)形的光電轉(zhuǎn)換器，極大程度增加了信噪比。同時(shí)對(duì)光源鏡片溫度進(jìn)行控制，消除了透光鏡片起霧與光源不穩(wěn)定引起的檢測(cè)誤差，進(jìn)一步保證了濁度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。最后，采用卡爾曼濾波算法對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，消除高斯噪聲對(duì)傳感器的影響。
[0014]本發(fā)明又針對(duì)濁度傳感器存在的問(wèn)題，提出了一種超低量程濁度傳感器，在光源部分增加了加熱片，將光源部分的鏡片維持在一個(gè)恒定的溫度，克服了光源部分出現(xiàn)霧狀的情況，提高了濁度傳感器檢測(cè)的準(zhǔn)確性，并采用卡爾曼濾波算法對(duì)濁度值進(jìn)行處理，消除高斯噪聲對(duì)濁度傳感器的影響，更進(jìn)一步提高了濁度傳感器檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
[0015]與現(xiàn)有的濁度傳感器不同的是，本傳感器在光源部分增加了加熱片，用以消除透光鏡片起霧對(duì)檢測(cè)的影響，采用環(huán)形的光電轉(zhuǎn)換，360°采集水體的散射光，采用加熱片后，提高了濁度檢測(cè)的精度，而采用環(huán)形光電轉(zhuǎn)換，最大限度地增加散射光的有效接受量，同時(shí)經(jīng)過(guò)卡爾曼濾波處理后的數(shù)據(jù)，線性化程度更好，說(shuō)明設(shè)計(jì)的濁度傳感器具有高精度與高穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明一種超低量程濁度傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖2是本發(fā)明一種超低量程濁度傳感器的光電轉(zhuǎn)換器件結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖中，I為上部殼體、2為下部殼體、3為光電轉(zhuǎn)換器件、4為凹陷空腔、5為光源、6為檢測(cè)控制集成電路、7為光電轉(zhuǎn)換單體。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1所示，為本發(fā)明一種超低量程濁度傳感器的結(jié)構(gòu)圖。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:所述濁度傳感器包括上部殼體1、下部殼體2、檢測(cè)控制集成電路6、光源5、光電轉(zhuǎn)換器件3 ;所述光電轉(zhuǎn)換器件包括數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換單體7，所述數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換單體7串聯(lián)連接形成環(huán)形；所述光源5和透光通孔設(shè)置于所述上部殼體I內(nèi)，作為水體濁度檢測(cè)區(qū)域的水通道管設(shè)置于所述下部殼體2內(nèi)；所述上部殼體I與下部殼體2之間設(shè)置有一橫向貫通的凹陷空腔4，所述凹陷空腔4使得上部殼體I和下部殼體2之間具有一個(gè)開(kāi)放式的隔離區(qū)。
[0020]本發(fā)明所述檢測(cè)控制集成電路6采用單片機(jī)、嵌入式芯片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；所述光源5采用的是激光二極管，激光二極管向下射出光速的方向與水通道管的中軸線在同一直線，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。
[0021]如圖2所示，本發(fā)明所述光電轉(zhuǎn)換器件3為環(huán)形，所述光電轉(zhuǎn)換器件3包括數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換單體7，并串接形成環(huán)形，這使得環(huán)形的光電轉(zhuǎn)換器件3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。
[0022]本發(fā)明超低量程濁度傳感器采用了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，光源5和透光通孔設(shè)置于上部殼體I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2內(nèi)，上部殼體I與下部殼體2之間具有一橫向貫通的凹陷空腔4，該凹陷空腔4使得上部殼體I和下部殼體2之間具有一個(gè)開(kāi)放式的隔離區(qū)，從而可以大幅減少，甚至避免光源5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。本發(fā)明傳感器的上部殼體I內(nèi)還安裝了電熱元件和溫度傳感器，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。
[0023] 本發(fā)明超低量程濁度傳感器采用散射法進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(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，采用光電池等光電轉(zhuǎn)換器件從與入射光呈90°的方向上檢測(cè)散射光強(qiáng)度，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。傳感器具體的工作步驟如下:
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)，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)Atl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)At2后，返回執(zhí)行步驟(I)。在水體濁度檢測(cè)中，溫度閾值T的取值范圍為35?45°C，均值次數(shù)N的取值范圍為10?30，光源穩(wěn)定延時(shí)Atl的取值范圍為300?600 ms，光源休眠延時(shí)At2的取值范圍為5?15 S。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超低量程濁度傳感器，其特征在于:所述濁度傳感器包括上部殼體1、下部殼體2、檢測(cè)控制集成電路6、光源5、光電轉(zhuǎn)換器件3;所述光電轉(zhuǎn)換器件包括數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換單體7，所述數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換單體7串聯(lián)連接形成環(huán)形；所述光源5和透光通孔設(shè)置于所述上部殼體I內(nèi)，作為水體濁度檢測(cè)區(qū)域的水通道管設(shè)置于所述下部殼體2內(nèi)；所述上部殼體I與下部殼體2之間設(shè)置有一橫向貫通的凹陷空腔4，所述凹陷空腔4使得上部殼體I和下部殼體2之間具有一個(gè)開(kāi)放式的隔離區(qū)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超低量程濁度傳感器，其特征在于:所述檢測(cè)控制集成電路6采用單片機(jī)、嵌入式芯片微處理器為核心的集成電路。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超低量程濁度傳感器，其特征在于:所述光源5采用的是激光二極管，激光二極管向下射出光速的方向與水通道管的中軸線在同一直線。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超低量程濁度傳感器，其特征在于:所述光電轉(zhuǎn)換器件3為環(huán)形。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超低量程濁度傳感器，其特征在于:所述光電轉(zhuǎn)換器件3包括數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換單體7，并串接形成環(huán)形，這使得環(huán)形的光電轉(zhuǎn)換器件3可以360°地采集水體的散射光。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超低量程濁度傳感器，其特征在于:所述上部殼體I內(nèi)還安裝了電熱元件和溫度傳感器。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出了一種超低量程濁度傳感器，在光源部分增加了加熱片，將光源部分的鏡片維持在一個(gè)恒定的溫度，克服了光源部分出現(xiàn)霧狀的情況，提高了濁度傳感器檢測(cè)的準(zhǔn)確性。所述濁度傳感器包括上部殼體、下部殼體、檢測(cè)控制集成電路、光源、光電轉(zhuǎn)換器件；所述光電轉(zhuǎn)換器件包括數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換單體，所述數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換單體串聯(lián)連接形成環(huán)形；所述光源和透光通孔設(shè)置于所述上部殼體內(nèi)，作為水體濁度檢測(cè)區(qū)域的水通道管設(shè)置于所述下部殼體內(nèi)；所述上部殼體與下部殼體之間設(shè)置有一橫向貫通的凹陷空腔，所述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)。
【IPC分類(lèi)】G01N21/49
【公開(kāi)號(hào)】CN105527250
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410561447
【發(fā)明人】張學(xué)一
【申請(qǐng)人】張學(xué)一
【公開(kāi)日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2014年10月22日