一种高精度超低量程在线浊度传感器及其浊度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度超低量程在线浊度传感器，包括测量水池以及与测量水池相连接的脱气泡装置、光源室、排空装置和电路室其中，光源室包括：LED光源、LED光腔、准直滤镜和出光光阑；脱气泡装置包括：圆孔、管道和溢流槽；测量水池的一侧设置有电动清洁刷、光学窗口和接收腔；排空装置包括：排空腔和排空管接头；电路室包括：光电二极管、IV转换电器、锁相放大器、二级电压放大器、ADC转换器、单片机、光源驱动和放电开关。本发明专利技术具有能提取极微弱光信号，消除气泡、污染物、杂散光对浊度测量结果的影响等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水处理
，特别涉及一种高精度超低量程在线浊度传感器及其浊度测量方法。
技术介绍
水中含有泥土、粉砂、微细有机物、无机物、浮游生物等悬浮物和胶体物都可以使水质变的浑浊而呈现一定浊度，通常浊度越高，溶液越浑浊。常用的浊度测量方法有透射法和散射法两种，测量装置发出光线，使之穿过一段样品，并从与入射光呈90°的方向上检测有多少光被水中的颗粒物所散射，这种散射光测量方法称作散射法；通过测量光透过样品后光强的衰减程度来测量浊度的方法叫做透射法。但是由于透射法存在颜色吸收或颗粒物吸收等干扰的影响，比较认可的做法是散射法。现有技术当中主要存在以下问题：1、在浊度超低的水，如自来水，膜过滤水，这些水体散射光强的能力极其弱，基本淹没在电路的噪声中；2、在户外水域，测量的信号会收到阳光的干扰，导致测量不准确；3、在线测量过程中，由于水样处于流通状态，从采样管出来的水流到传感器的水池中，由于水压的变化，水样中会有大量微小气泡产生，影响浊度测量结果；4、在线测量过程中，水样流入到传感器的水池中，然后通过溢流的方式流出，如果长时间没有对水池中的水进行完全排空，则水池中的水可能残留需要大颗粒物，导致大颗粒物堆积，影响测量结果；5、由于在线传感器的采样端长期淹没在水中，时间长了，光学窗口片上容易堆积污染物，会吸收散射到窗口的光，影响测量效果；6、在线浊度传感器如果长期放置户外，由于户外温差大，导致传感器出现零点漂移，是读数不准确；7、由于LED光经过透镜准直后依然无法保证光线完整平行，杂散光会直接进入光电采集模块，影响测量效果，如果杂散光过强，会导致在低浊度监测时，浊度散射光过低，又由于杂散光与散射光信号频率相同，正常浊度信号被淹没在杂散光信号中导致浊度无法检出。因此，在水处理
急需要一种能提取极微弱光信号，消除气泡、污染物、杂散光对浊度测量结果的影响的一种高精度超低量程在线浊度传感器及其浊度测量方法。
技术实现思路
为实现上述目的，本专利技术一种高精度超低量程在线浊度传感器的具体技术方案如下：一种高精度超低量程在线浊度传感器，包括测量水池以及与测量水池相连接的脱气泡装置、光源室、排空装置和电路室。进一步，所述光源室包括：LED光源、LED光腔、准直滤镜和出光光阑。进一步，所述出光光阑的内部分布有小的台阶，用于将光束中发散角大于出光光阑内部倾斜角度的光束消除。进一步，所述脱气泡装置包括：圆孔阵列、连通管道和溢流槽，所述圆孔阵列为2排7列的圆柱形孔阵列，所述连通管道依次穿过所述圆孔阵列的底部从而将所述圆孔阵列连接在一起，所述圆孔阵列中的第一个圆柱孔设置有进水口，所述圆孔阵列的最后一个圆柱孔设置有出水口，水通过出水口进入测量水池中，圆孔阵列的底部相互连接，水依次流过连通管道的过程中，由于连通管道比圆孔阵列的水压大，气泡会上浮到圆孔的上部从而将气泡排除。进一步，所述测量水池的一侧设置有电动清洁刷、光学窗口和接收腔，并且所述接收腔的后端与所述电路室相连接，所述测量水池的另一侧设置有溢流缺口，测量水池中的水通过该溢流缺口溢流到溢流槽中；所述测量水池的内部以及所述出光光阑均用全黑尼龙材料制成，所述测量水池的底部为V型，V型结构更有利于将测量水池中的水排空。进一步，所述排空装置包括：排空腔和排空管接头，所述排空接头上设置有电磁阀。进一步，所述电路室包括：光电二极管、IV转换电器、锁相放大器、二级电压放大器、ADC转换器、单片机、光源驱动和放电开关，并且所述IV转换电器的输入端与所述光电二极管相连接，输出端与所述锁相放大器的输入端相连接，所述锁相放大器的脉冲信号输入端还与所述单片机的输出端相连接，用于接收所述单片机产生的脉冲信号，所述锁相放大器的输出端与所述二级电压放大器的输入端相连接，所述锁相放大器的输出端还与放电开关相连接，所述二级电压放大器的输出端与所述ADC转换器的输入端相连接，所述ADC转换器的输出端与所述单片机的输入端相连接，所述单片机的输出端与所述光源驱动相连接，所述单片机的输出端还与所述放电开关相连接，所述光源驱动与所述LED光源相连。进一步，所述光学窗口的窗口玻璃为蓝宝石(Al2O3)；所述的一种高精度超低量程在线浊度传感器还包括:入水管和溢流管。如上所述的一种高精度超低量程在线浊度测量方法，包含如下步骤：步骤一，待测水体通过该入水管进入到该脱气泡装置进行脱气泡处理；步骤二，该单片机发射脉冲信号到该光源驱动和该锁相放大器，该光源驱动通过LED光源产生脉冲光，该锁相放大器接收来自该单片机的脉冲信号；通过改变出光光阑入光孔直径、光腔底部到出光光阑入光口距离以及玻璃窗口到发射光中心距离来调整出光的角度范围；使杂散光最小；出光光阑的内部分布有小的台阶，将入射光中发散角大于出光光阑内部倾斜角的光束消除；步骤三，入射光经待测水体散射后产生散射光射入该电路室；步骤四，该电路室中的光电二极管接收来自测量水池的散射光，处理后得出待测水体的浊度值。如上所述的一种高精度超低量程在线浊度测量方法，该步骤四的具体方法为：散射光照射到该光电二极管上，该光电二极管产生脉冲电流信号，该脉冲电流信号传递给IV转换器，该IV转换器将其转换为脉冲电压信号，再传递给该锁相放大器；该锁相放大器将接收的脉冲电压信号与来自该单片机的脉冲信号进行锁相处理，仅提取与该单片机的脉冲信号频率和相位相同的信号；提取后的脉冲信号经过二级电压放大器放大后，传递给ADC转换器，将模拟信号转换成数字信号并传递给该单片机；该单片机读取ADC转换器的数字量后处理得到浊度值。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中的脱气泡装置，圆孔阵列的底部相互连接，水依次流过连通管道的过程中，由于连通管道比圆孔阵列的水压大，气泡会上浮到圆孔的上部从而将气泡排除。2、本专利技术中的光源室中设置有出光光阑，出光光阑的内部分布有小的台阶，可有效将入射光束中发散角大于出光光阑内部倾斜角的光束消除。3、本专利技术中测量水池的内部以及出光光阑均采用全黑尼龙材料制成，可以最大限度吸收入射光，减少光做多次反射，产生杂散光。4、本专利技术中测量水池的底部为V型，保证在测量水池排空的时候，水能完全排空，保证大颗粒能完全排出测量水池。5、本专利技术中测量水池的底部设置有排空管接头和电动水阀，可以自动排空，并且测量水池的一侧设置有自动清洁刷，定期旋转一定的圈数，用来清洁光学窗口的污垢。6、本专利技术中的光学窗口的玻璃选用蓝宝石(Al2O3)材质，蓝宝石(Al2O3)是一种性能优秀的红外光学窗口/基片材料，透过范围为0.2-5.5um，耐高温且硬度高，仅次于金刚石，选用蓝宝石窗口玻璃，可使自动清洁刷在长期的工作中不会对窗口玻璃产生磨损。7、本专利技术中的电路室中设置有锁相放大器，能够将与锁相放大器参考信号同频率的信号提取出来，排除其他不同波段信号的干扰，比如热噪声、环境光、光电倍光电暗电流的干扰。8、本专利技术采用纯软件的零点校准方法，无需引入温度传感器，计算方便，实施简单。附图说明下面结合附图和具体实施方式来详细说明本专利技术：图1是本专利技术一种高精度超低量程在线浊度传感器示意图。图2是图1中电路室示意图。图3是出光光阑与接收光腔的位置示意图。图4是除气泡装置的俯视图。图5是除气泡装置的侧视图。具体实施方式为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度超低量程在线浊度传感器，其特征在于，包括测量水池以及与测量水池相连接的脱气泡装置、光源室、排空装置和电路室。

【技术特征摘要】
1.一种高精度超低量程在线浊度传感器，其特征在于，包括测量水池以及与测量水池相连接的脱气泡装置、光源室、排空装置和电路室。2.根据权利要求1所述的一种高精度超低量程在线浊度传感器，其特征在于，所述光源室包括：LED光源、LED光腔、准直滤镜和出光光阑，其中，所述LED光源与所述电路室连接。3.根据权利要求2所述的一种高精度超低量程在线浊度传感器，其特征在于，所述出光光阑的内部分布有小的台阶，用于将光束中发散角大于出光光阑内部倾斜角度的光束消除。4.根据权利要求1所述的一种高精度超低量程在线浊度传感器，其特征在于，所述脱气泡装置包括：圆孔阵列、连通管道和溢流槽，所述圆孔阵列为2排7列的圆柱形孔阵列，所述连通管道依次穿过所述圆孔阵列的底部从而将所述圆孔阵列连接在一起，所述圆孔阵列中的第一个圆柱孔设置有进水口，所述圆孔阵列的最后一个圆柱孔设置有出水口，水通过出水口进入测量水池中。5.根据权利要求1所述的一种高精度超低量程在线浊度传感器，其特征在于，所述测量水池的一侧设置有电动清洁刷、光学窗口和接收腔，并且所述接收腔的后端与电路室相连接，所述测量水池的另一侧设置有溢流缺口。6.根据权利要求2所述的一种高精度超低量程在线浊度传感器，其特征在于，所述测量水池的内部以及所述出光光阑均用全黑尼龙材料制成，所述测量水池的底部为V型；所述排空装置包括：排空腔和排空管接头，所述排空管接头上设置有电磁阀。7.根据权利要求2所述的一种高精度超低量程在线浊度传感器，其特征在于，所述电路室包括：光电二极管、IV转换电器、锁相放大器、二级电压放大器、ADC转换器、单片机、光源驱动和放电开关，并且所述IV转换电器的输入端与所述光电二极管相连接，输出端与所述锁相放大器的输入端相连接，所述锁相放大器的脉冲信号输入端还与所述单片机的输出端相连接，用于接收所述单片机产生的脉冲信号，所述锁相放大器的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：张欣，施勇，王幸呈，刘希庭，
申请(专利权)人：上海众毅工业控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31