一种投入式浊度传感器及其检测方法技术

本发明专利技术提出了一种投入式浊度传感器及其检测方法，其中，微控制单元、峰值检波器、带通滤波器、PD检测装置、双光恒流驱动电路均与基准电压源相连接，基准电压源提供基准电压；微控制单元通过控制双光恒流驱动电路实现第一LED光源和第二LED光源的开启和关闭；微控制单元与峰值检波器和带通滤波器双向信号传输；微控制单元通过峰值检波器和带通滤波器获得第一检测PD、第一参比PD、第二检测PD和第二参比PD检测的数据，第一LED光源和第二LED光源切换，第二LED光源发出525nm波长的绿光，测量10NTU浓度以下浊度，第一LED光源发出860nm波长的红外光，测量10NTU浓度以上浊度，根据光谱测量结果自动切换，实现0

【技术实现步骤摘要】
一种投入式浊度传感器及其检测方法


[0001]本专利技术涉及水质检测
，具体地说，涉及一种投入式浊度传感器及其检测方法。

技术介绍

[0002]浊度也称浑浊度，是水中对光有散射作用物质的存在引起液体透明度降低的一种量度。水中悬浮及胶体微粒会散射和吸收通过检测水样光线，光线的散射现象产生浊度，因此本领域通常利用水样中微粒物质对光的散射特性表征浊度。
[0003]现有的浊度传感器一般使用860nm波长的红外LED光源，该浊度传感器对浊度较小的水样测量的时候灵敏度较低，测量精度较差，并且该浊度计的稳定性较差，尤其是在长时间运行、老化和温度变化会造成光源LED光强发生一定的变化，也会引起光电二极管、信号处理电路上发生信号的漂移，需要每隔一段时间到现场进行校准。
[0004]因此，亟需一种宽量程、高精度、稳定性好的浊度测量装置，解决现有浊度传感器测量量程小，特别是低浊精度差的问题。同时提供了一种信号调理补偿装置，能够实时补偿漂移，同时滤除底噪以及调制的非同频信号干扰，提高测量精度以及稳定性的浊度传感器。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出一种投入式浊度传感器及其检测方法，该浊度传感器宽量程、高精度、稳定性好，能够实时补偿信号处理电路上的漂移。
[0006]本专利技术的技术方案是这样实现的：一种投入式浊度传感器及其检测方法，其包括微控制单元、基准电压源、峰值检波器、带通滤波器、PD检测装置、双光恒流驱动电路、第一LED光源和第二LED光源，其中，微控制单元、峰值检波器、带通滤波器、PD检测装置、双光恒流驱动电路均与基准电压源相连接，基准电压源提供基准电压；PD检测装置包括第一检测PD、第一参比PD、第二检测PD和第二参比PD；第一检测PD用于接收与第一LED光源发出的入射光成90
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的散射光，第一参比PD设置在第一LED光源发射腔内，第一检测PD和第一参比PD用于测量第一LED光源的相关参数；第二检测PD用于接收与第二LED光源发出的入射光成90
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的散射光，第二参比PD设置在第二LED光源发射腔内，第二检测PD和第二参比PD用于测量第二LED光源的相关参数；微控制单元通过控制双光恒流驱动电路实现第一LED光源和第二LED光源的开启和关闭；微控制单元与峰值检波器和带通滤波器双向信号传输；微控制单元通过峰值检波器和带通滤波器获得第一检测PD、第一参比PD、第二检测PD和第二参比PD检测的数据。
[0007]在以上技术方案的基础上，优选的，所述微控制单元与双光恒流驱动电路之间设置有单通道单刀双掷开关。
[0008]在以上技术方案的基础上，优选的，双光恒流驱动电路与第一LED光源和第二LED光源之间还设置有双通道单刀双掷开关，双通道单刀双掷开关控制第一LED光源和第二LED光源。
[0009]在以上技术方案的基础上，优选的，第一LED光源发出红外光，所述第二LED光源发出绿光。
[0010]在以上技术方案的基础上，优选的，还包括AD转换器，基准电压源对AD转换器供电，所述AD转换器将微控制单元输出的模拟信号转换为数字信号，所述AD转换器将数字信号在峰值检波器与微控制单元之间传递。
[0011]在以上技术方案的基础上，优选的，还包括跨阻放大器和四通道单刀双掷开关，第一检测PD、第一参比PD、第二检测PD和第二参比PD通过四通道单刀双掷开关与跨阻放大器相连接，跨阻放大器将第一检测PD、第一参比PD、第二检测PD和第二参比PD测得的信号传输给微控制单元。
[0012]在以上技术方案的基础上，优选的，还包括可调增益放大器，可调增益放大器设置在峰值检波器与带通滤波器之间。
[0013]本专利技术的一种投入式浊度传感器及其检测方法相对于现有技术具有以下有益效果：
[0014](1)双光恒流驱动电路12使用调制光源而非直流源，可消除环境光线和低频噪声产生的测量误差，精度更高；
[0015](2)通过单通道单刀双掷开关打开或关闭双光恒流驱动电路，以便产生更加稳定的脉冲调制信号进行调制第一LED光源和第二LED光源；
[0016](3)第一LED光源和第二LED光源切换，第二LED光源发出525nm波长的绿光，测量10NTU浓度以下浊度，第一LED光源发出860nm波长的红外光，测量10NTU浓度以上浊度，根据光谱测量结果自动切换，实现0
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4000NTU全程浊度测量；
[0017](4)通过第一参比PD和第二参比PD测得的参比光源信号，对检测电路产生的漂移实时进行补偿，消除信号漂移引起的误差，保证该浊度传感器的稳定性，不需要定期校准也可实现高精度测量；
[0018](5)通过第一检测PD与第一参比PD，第二检测PD与第二参比PD中，检测光源与参比光源的不发光信号检测可以将双光恒流驱动电路产生的底噪干扰同步滤除；
[0019](6)带通滤波器将PD检测装置接收到的脉冲调制信号调理成同频正弦波信号，滤除所有不同频信号，避免调制信号以外的干扰信号。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术一种投入式浊度传感器的逻辑图；
[0022]图2为本专利技术双光恒流驱动电路的电路图；
[0023]图3为本专利技术双通道单刀双掷开关的电路图；
[0024]图4为本专利技术带通滤波器的电路图；
[0025]图5为本专利技术跨阻放大器、四通道单刀双掷开关以及第一检测PD、第一参比PD、第二检测PD和第二参比PD的电路图；
[0026]图6为本专利技术可调增益放大器的电路图；
[0027]图7为本专利技术峰值检波器的电路图；
[0028]图8为本专利技术AD转换器的电路图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]如图1
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8所示，一种投入式浊度传感器，其包括微控制单元1、基准电压源2、AD转换器3、峰值检波器4、可调增益放大器5、带通滤波器6、跨阻放大器7、四通道单刀双掷开关8、PD检测装置、双通道单刀双掷开关11、双光恒流驱动电路12、单通道单刀双掷开关13、第一LED光源101和第二LED光源102。
[0031]其中，如图1所示，微控制单元1、AD转换器3、峰值检波器4、可调增益放大器5、带通滤波器6、跨阻放大器7、PD检测装置、双光恒流驱动电路12均与基准电压源2相连接，基准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种投入式浊度传感器，其包括微控制单元(1)、基准电压源(2)、峰值检波器(4)、带通滤波器(6)、PD检测装置、双光恒流驱动电路(12)、第一LED光源(101)和第二LED光源(102)，其中，微控制单元(1)、峰值检波器(4)、带通滤波器(6)、PD检测装置、双光恒流驱动电路(12)均与基准电压源(2)相连接，基准电压源(2)提供基准电压；PD检测装置包括第一检测PD(91)、第一参比PD(92)、第二检测PD(93)和第二参比PD(94)；第一检测PD(91)用于接收与第一LED光源(101)发出的入射光成90
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的散射光，第一参比PD(92)设置在第一LED光源(101)发射腔内，第一检测PD(91)和第一参比PD(92)用于测量第一LED光源(101)的相关参数；第二检测PD(93)用于接收与第二LED光源(102)发出的入射光成90
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的散射光，第二参比PD(94)设置在第二LED光源(102)发射腔内，第二检测PD(93)和第二参比PD(94)用于测量第二LED光源(102)的相关参数；微控制单元(1)通过控制双光恒流驱动电路(12)实现第一LED光源(101)和第二LED光源(102)的开启和关闭；微控制单元(1)与峰值检波器(4)和带通滤波器(6)双向信号传输；微控制单元(1)通过峰值检波器(4)和带通滤波器(6)获得第一检测PD(91)、第一参比PD(92)、第二检测PD(93)和第二参比PD(94)检测的数据。2.如权利要求1所述的一种投入式浊度传感器，其特征在于：所述微控制单元(1)与双光恒流驱动电路(12)之间设置有单通道单刀双掷开关(13)。3.如权利要求1所述的一种投入式浊度传感器，其特征在于：所述双光恒流驱动电路(12)与第一LED光源(101)和第二LED光源(102)之间还设置有双通道单刀双掷开关(11)，双通道单刀双掷开关(11)控制第一LED光源(101)和第二LED光源(102)。4.如权利要求3所述的一种投入式浊度传感器，其特征在于：所述第一LED光源(101)发出红外光，所述第二LED光源(102)发出绿光。5.如权利要求1所述的一种投入式浊度传感器，其特征在于：还包括AD转换器(3)，基准电压源(2)对AD转换器(3)供电，所述AD转换器(3)将微控制单元(1)输出的模拟信号转换为数字信号，所述AD转换器(3)将数字信号在峰值检波器(4)与微控制单元(1)之间传递。6.如权利要求1所述的一种投入式浊度传感器，其特征在于：还包括跨阻放大器(7)和四通道单刀双掷开关(8)，跨阻放大器(7)包括U10A、C25、R13，第一检测PD(91)、第一参比PD(92)、第二检测PD(93)和第二参比PD(94)任意一路通过四通道单刀双掷开关(8)连接至运算放大器U10A的6脚反向输入端，将光电二极管输出的电流信号转换为电压信号。7.如权利要求1所述的一种投入式浊度传感器，其特征在于：还包括可调增益放大器(5)，可调增益放大器(5)设置在峰值检波器(4)与带通滤波器(6)之间，可调增益放大器(5)包括U6、U7、C23，U7的15脚W2与U6的反相输入端相连接，U7的14脚B2与U6的输出端相连接，U7的16脚A2与C23一端相连接。8.如权利要求1所述的一种投入式浊度传感器，其特征在于：所述双光恒流驱动电路(12)包括运算放大器U12、三极管Q1、限流电阻R30、R31、R32，所述R30为驱动三极管Q1导通或不导通的限流电阻，R31和R32为调节第一LED光源(101)和第二LED光源(102)供电的限流电阻；单通道单刀双掷开关(13)为U13，U13的5脚接入U12的相端3。
9.如权利要求1所述的一种投入式浊度传感器，其特征在于：所述带通滤波器(6)包括三级，一级包括U10B输出端与反相输入端直接相连接成电压跟随器；第二级包括U9B、C33、R26构成高通滤波器；第三级包括U...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈欢，武治国，潘凌，徐锦锋，熊子谦，张春萍，黄明辉，
申请(专利权)人：武汉新烽光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：