專利名稱：一種智能化濁度分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種智能化濁度分析儀。
背景技術(shù)：
隨著環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，人類對環(huán)境保護越來越重視，而在評價建設(shè)項目對環(huán)境影 響的水質(zhì)監(jiān)測中，濁度是水質(zhì)指標(biāo)的重要參數(shù)之一。在污水、飲用水和地表水處理及水的循 環(huán)利用中，以及在工業(yè)上，化工、石油、冶金、印染、造紙、制藥、食品等行業(yè)，水體濁度的監(jiān)測
都十分重要。 采用濁度分析儀對水體的濁度進行檢測，是使水中非溶性物質(zhì)含量符合要求進而
控制水質(zhì)的重要手段。濁度儀測量濁度主要是基于光的散、透射原理，即光線穿過水體時，
一部分光會被水體中的懸浮物質(zhì)散射，從而使穿過水體的光強發(fā)生變化，散射光強和透射
光強跟水體中懸浮物質(zhì)的濃度有關(guān)，利用光電檢測器件檢測透過水體的散射光或透射光的
強度，就可以通過一定的算法得出水中的懸浮物質(zhì)濃度，即濁度。然而，濁度儀的應(yīng)用環(huán)境
大都存在干擾，加上測量信號一般是弱電信號，并且濁度測量還會受水體色度、氣泡、窗口
污染等因素的影響，所以干擾對數(shù)據(jù)采集的影響不可忽略?，F(xiàn)今，國外濁度儀在消除各種測
量干擾上已經(jīng)有了完備的技術(shù)，儀器測量的準(zhǔn)確度等性能都相對較好，但是價格相對昂貴，
而且儀器的日常維護工作和出現(xiàn)故障后的維修都只能依靠廠家的售后服務(wù)，會對正常的工
作帶來一定的不便。國內(nèi)濁度儀雖然在吸收消化國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，性能上有了很大
改進，但是性能優(yōu)良的國產(chǎn)儀器仍舊較少，國外濁度儀仍舊占有大部分國內(nèi)市場。 現(xiàn)在，普遍使用的為一種散透射多光路濁度儀，該濁度儀利用散射光和透射光差
動輸出計算得出溶液的濁度值，由于透射光測量的是懸浮物和色度共同對光強的衰減，而
散射光測出的只有液體中懸浮物引起的光衰減。因此，利用散透射光差動輸出，能同時測量
出液體的濁度和色度，去除色度值，就能得到液體的濁度值。由于噪聲信號在散透射信號上
干擾量是基本相同的，因此，該濁度儀能有效消除色度、噪聲干擾等影響。 上述濁度儀采用散射和透射共同測量水體濁度，能有效消除色度、噪聲干擾等因
素的影響，但是對光源變化、窗口污染等因素引起測量誤差難以很好的消除。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型提供了一種智能化濁度分析儀，以實現(xiàn)消除光源強度變化、 窗口污染等各種外界干擾帶來的影響。 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案 —種智能化濁度分析儀，包括 檢測系統(tǒng)； 和所述檢測系統(tǒng)串聯(lián)的信號處理電路； 和所述信號處理電路串聯(lián)的用來計算濁度值的控制器，所述檢測系統(tǒng)具體為兩個 光源和所述兩個檢測器。[0012] 優(yōu)選的上述智能化濁度分析儀，其中的信號處理電路具體包括 光源驅(qū)動電路； 1/V轉(zhuǎn)換電路； 和所述I/V轉(zhuǎn)換電路連接的帶通濾波電路； 和所述帶通濾波電路串聯(lián)的乘法解調(diào)電路； 和所述乘法解調(diào)電路串聯(lián)的低通濾波電路。 優(yōu)選的上述智能化濁度分析儀中的帶通濾波器為低帶寬帶通濾波器。
優(yōu)選的上述智能化濁度分析儀，還包括和檢測系統(tǒng)串聯(lián)的消泡器。 優(yōu)選的上述智能化濁度分析儀中的控制器中設(shè)置有消泡算法。 從上述的技術(shù)方案可以看出，本實用新型實施例有以下優(yōu)點 1、采用調(diào)制光源驅(qū)動和雙光源雙檢測器的結(jié)構(gòu)，能有效消除背景光等噪聲的干擾 和光源及檢測器變化帶來的影響； 2、采用低帶寬的帶通濾波器結(jié)構(gòu)，能進一步消除疊加在有效信號上的各種干擾信 號； 3、采用散射光和透射光之比來計算最終濁度值，提高了傳感器的線性度。并且散 透射信號都減去板子的零點信號，能消除因板子漂移帶來的誤差； 4、專門的消泡器和控制器軟件中的消泡算法，有效的消除了流路中氣泡的影響。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提 下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本實用新型實施例提供的一種智能化濁度分析儀結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實用新型實施例提供的檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本實用新型實施例提供的信號處理電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本實用新型實施例提供的另一種智能化濁度分析儀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。 本實用新型實施例公開了一種智能化濁度分析儀，以實現(xiàn)消除由于光源強度變 化、窗口污染以及各種外界干擾帶來的對檢測精度的影響。 請參閱圖1，圖1為本實用新型實施例提供的一種智能化濁度分析儀結(jié)構(gòu)示意圖， 本實用新型智能化濁度分析儀包括檢測系統(tǒng)，信號控制電路和控制器。信號控制電路分別 和檢測系統(tǒng)及控制器連接。
本實用新型的基本工作原理為通過檢測系統(tǒng)可以得到兩個透射信號和兩個90度散射信號，上述信號在經(jīng)過信號控制電路后送給控制器，控制器按照既定的軟件算法將 其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的濁度值。 請參閱圖2，圖2為本實用新型實施例提供的檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中a為檢測 器l，b為檢測器2，A光源1，B為光源2。 光源1工作，檢測器1接收透射信號，檢測器2接收散射信號；反之光源2工作時， 檢測器1接收散射光，檢測器2接收透射光。如此光源交替工作，就可以得到兩個透射信號 和兩個90度散射信號，這兩個信號在經(jīng)過信號處理電路后送給控制器，控制器按照既定的 軟件算法將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的濁度值。 本實用新型也是利用散射和透射共同測量濁度，因此可以基本消除色度的影響， 并且采用雙光源交替工作，可以消除光源和檢測器參數(shù)變化以及窗口污染對測量帶來的影 響。 下面將重點介紹采用雙光源交替工作是怎樣消除光源和檢測器參數(shù)變化以及窗 口污染對測量帶來影響的。
利用雙光源雙檢測器消除干擾原理當(dāng)一束平行光穿過被測液體時，被測液體中 的懸浮物會對光線產(chǎn)生散射，根據(jù)郎伯比爾定律，散射光表達式為 Is = NLSe—oCD (1) 式(1)中，L為光源強度，S為檢測器靈敏度；N為被測液體中固體懸浮物質(zhì)總量， 與濁度成正比；o為光束截面；C為介質(zhì)濃度，它影響光在液體中的吸收度；D為光在液體 中的傳播距離；e為自然常數(shù)，作為指數(shù)函數(shù)的底數(shù)，e約等于2. 7183，透射光的表達式為 IT = LSe—oCD (2) [OO43] 式(2)中，各字母含義同(1)式。 光源強度和檢測器檢測靈敏度都可能會在測量過程中發(fā)生變化，窗口污染也會影 響到透光率，從而使透過光強發(fā)生變化。假設(shè)光源1和光源2的光源強度分別為k和L2，檢 測器1和檢測器2的檢測靈敏度分別為S工和S2，ffl D表示透射光在液體中的傳輸距離，用d 表示散射光光在液體中的傳輸距離。 則由(1) 、 (2)式可知，當(dāng)光源交替工作時，檢測器接收到的散透射信號分別為 工si = NL^e—oCd (3) IT1 = LAe-。CD (4) IS2 = NL2Sie—oCd (5) IT2 = L2S2e °CD (6)
為了消除光源強度和檢測器靈敏度的影響，將式(3)除于式(4)，式(5)除于式 (6)可得
<formula>formula see original document page 5</formula>
(7)
<formula>formula see original document page 5</formula>(8) 再將式(7)乘于式(8)可得<formula>formula see original document page 6</formula>(9) 通過上式可以看出，只要光束截面積和散透射的光程固定，則最終的濁度值和光
源強度以及檢測器的檢測靈敏度均無關(guān)系，因此可以消除光源和檢測器變化帶來的影響。
因此，由于光源窗口污染帶來的影響也可以消除。 下面介紹信號控制電路是怎樣消除噪聲干擾的。 請參閱圖3，圖3為本實用新型實施例提供的信號處理電路結(jié)構(gòu)示意圖。 該信號控制電路由光源驅(qū)動電路、1/V轉(zhuǎn)換電路、帶通濾波器、乘法解調(diào)器和低通
濾波器等部分構(gòu)成。 如圖3所示，光源驅(qū)動電路給光源提供一個交流驅(qū)動信號，對光源光強進行調(diào)制， 得到一個交流光強信號；檢測器接收到散射光和透射光后產(chǎn)生一個同頻率的電流信號，該 電流信號經(jīng)過IA轉(zhuǎn)換變成電壓信號；檢測器檢測出的信號經(jīng)過帶通濾波器濾波，濾除疊 加在有效信號上的雜波；帶通濾波器處理過后的信號經(jīng)過乘法器與基準(zhǔn)信號相乘對信號進 行解調(diào)，該相乘所得的信號經(jīng)過低通濾波器濾波后即可得到最終的散射值或透射值。 在該信號處理電路中，因為對信號進行了調(diào)制解調(diào)，因此，能消除掉背景光等白噪 聲的影響，另外帶通濾波器只允許帶通頻帶內(nèi)的信號能夠通過，因此控制帶通參數(shù)，就能使 有用信號通過而限制噪聲信號通過，故可消除噪聲信號的干擾。 下面介紹控制器是如何得到濁度值的。 光源交替工作和關(guān)斷，就會得到一個數(shù)值矩陣，控制器對這些數(shù)字進行處理即可 得到濁度值。具體工作過程為 令光源1工作、光源2關(guān)斷，可得到兩個信號，檢測器1接收透射信號，測量值為 Tl，檢測器2接收散射信號，測得值為Sl ;再令光源2工作，光源1關(guān)斷，檢測器2接收透射 信號，測量值為Tl，檢測器1接收散射信號，測得值為S2 ;最后令光源1、光源2都關(guān)斷，此 時得到兩個零點信號，散射值S0和透射值T0。對這幾個數(shù)值進行處理后得到跟濁度值有關(guān) 的中間變量MidValue。<formula>formula see original document page 6</formula>(10) 在一定范圍內(nèi)，濁度值與MidValue值呈線性關(guān)系，因此可以通過MidValue計算濁 通過式(3)到式(9)可以知道，通過該算法，可以有效的消除光源變化、檢測器變 化以及窗口污染等帶來的干擾。并且由于減去了電路板的零點信號，因此也可以消除電路 漂移帶來的影響。 請參閱圖4，圖4為本實用新型實施例提供的另一種智能化濁度分析儀結(jié)構(gòu)示意 圖，由圖4可知，在上一實施例智能化濁度分析儀基礎(chǔ)上又添加了一個消泡器，所述消泡器 設(shè)置在檢測系統(tǒng)前面，用來消除流路中的氣泡，同時為了防止有個別氣泡進入檢測系統(tǒng)而 對測量結(jié)果造成影響，還在控制器算法中加上消泡算法，能進一步消除個別氣泡帶來的干 擾。 本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他 實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。[0069] 對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求一種智能化濁度分析儀，包括檢測系統(tǒng)；和所述檢測系統(tǒng)串聯(lián)的信號處理電路；和所述信號處理電路串聯(lián)的用來計算濁度值的控制器，其特征在于，所述檢測系統(tǒng)具體為兩個光源和所述兩個檢測器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化濁度分析儀，其特征在于，所述信號處理電路具體包括光源驅(qū)動電路；1/V轉(zhuǎn)換電路；和所述I/V轉(zhuǎn)換電路連接的帶通濾波器；和所述帶通濾波器串聯(lián)的乘法解調(diào)器；和所述乘法解調(diào)器串聯(lián)的低通濾波器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能化濁度分析儀，其特征在于，所述的帶通濾波器為低帶寬帶通濾波器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的智能化濁度分析儀，其特征在于，還包括和檢測系統(tǒng)串聯(lián)的消泡器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能化濁度分析儀，其特征在于，所述控制器中設(shè)置有消泡算法。
專利摘要本實用新型實施例公開了一種智能化濁度分析儀，包括檢測系統(tǒng)，和所述檢測系統(tǒng)串聯(lián)的信號處理電路，和所述信號處理電路串聯(lián)的用來計算濁度值的控制器，所述檢測系統(tǒng)具體為兩個光源和所述兩個檢測器，通過采用調(diào)制光源驅(qū)動和雙光源雙檢測器的結(jié)構(gòu)，能有效消除背景光等噪聲的干擾和光源及檢測器變化帶來的影響；采用低帶寬的帶通濾波器結(jié)構(gòu)，能進一步消除疊加在有效信號上的各種干擾信號；采用散射光和透射光之比來計算最終濁度值，提高了傳感器的線性度。并且散透射信號都減去板子的零點信號，能消除因板子漂移帶來的誤差；專門的消泡器和軟件中的消泡算法，有效的消除了流路中氣泡的影響。
文檔編號G01N21/49GK201488943SQ20092012846
公開日2010年5月26日 申請日期2009年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月10日
發(fā)明者趙延廣, 鄭杰 申請人:重慶川儀自動化股份有限公司;重慶川儀分析儀器有限公司