專利名稱：濁度傳感器信號處理電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及傳感器信號處理技術領域，具體地說，是一種用于水質在線檢測 的濁度傳感器信號處理電路。
背景技術：
在供水生產中，為了滿足飲用水安全指標，必須對水質進行實時在線檢測，水質在 線檢測的參數常常包括余氯濃度值、濁度濃度值、水位高度、水溫溫度以及PH值等等。目前，對于飲用水或自來水的濁度檢測主要采用光電式濁度傳感器，安裝有一個 紅外發(fā)射管和一個紅外接收管，紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光線穿透水介質后由紅外接收管接 收，通過判斷紅外接收管接收到的紅外光強度來判斷水介質的濁度值。然而，現有技術的缺點是由于紅外光接收管感應到光信號強度比較微弱，采用單 一的紅外接收管對水質進行濁度檢測，只適合濁度較高的水質檢測環(huán)境，對于自來水或飲 用水來說，濁度相對較低，采用單一紅外接收管檢測的精度不高，而且現有的傳感器信號處 理電路設計復雜，調試也不方便，特別是對于雙接收管的濁度傳感器信號處理電路還很少 公開。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種光電式濁度傳感器信號處理電路，主要針對飲用水 或自來水生產加工過程中濁度較低的水質進行檢測，通過采集兩個紅外接收管接收到的光 強度信號進行處理，使得濁度檢測的精度更高，電路簡單，調試也很方便。為達到上述目的，本實用新型表述一種濁度傳感器信號處理電路，包括直射接收 管、散射接收管以及運算放大電路，其關鍵在于還包括差分比例運算電路，所述差分比例 運算電路設置有第一運算放大器，該第一運算放大器的正向輸入端串第一電阻后與所述直 射接收管信號線連接，該第一運算放大器的反向輸入端串第二電阻后與所述散射接收管信 號線連接，所述第一運算放大器的正向輸入端還串接第三電阻后接地，該第一運算放大器 的反向輸入端與輸出端之間串接有第四電阻，所述第一運算放大器的輸出端連接所述運算 放大電路的輸入端，運算放大電路對傳感器信號進行放大最后傳送到控制器中。所述第一電阻、第二電阻、第三電阻以及第四電阻的阻值相等。通過在運算放大電路的前面設置一個差分比例運算電路對直射接收管與散射接 收管上的光強度信號作減法運算處理，當所述第一電阻、第二電阻、第三電阻以及第四電阻 的阻值相等時，所述第一運算放大器的輸出端輸出的電壓值等于直射接收管信號電壓值減 去散射接收管信號電壓值，由于接收管接收到的紅外光感應信號的電壓值都比較弱，但是 對于直射接收管與散射接收管來說，接收管安裝的位置不一樣，光感應信號的強度也不一 樣，雖然二者的感應信號都比較弱，但是卻處于同一數量級上，將二者的感應信號作減法處 理，其差值相對而言就比較明顯，減法處理后的差值信號再經過運算放大電路進行放大處 理，最后得到比較理想的傳感器信號。采用這種方式對微弱的光感應信號進行處理，對于是水質濁度較低的應用環(huán)境，檢測的精度比較高。所述運算放大電路設置有第二運算放大器，該第二運算放大器的正向輸入端上串 接第五電阻后與所述第一運算放大器的輸出端連接，該第二運算放大器的反向輸入端串第 六電阻后接地，在第二運算放大器的反向輸入端與輸出端之間還串接有第七電阻。所述運算放大電路的輸出端連接有二級運算放大電路，所述二級運算放大電路包 括第三運算放大器，該第三運算放大器的正向輸入端串第八電阻后與所述運算放大電路的 輸出端連接，該第三運算放大器的反向輸入端經第九電阻接地，該第三運算放大器的反向 輸入端還與滑動變阻器(Wl)的一個固定端連接，該滑動變阻器(Wl)的另一固定端與滑動 端均連接在所述第三運算放大器的輸出端上，第三運算放大器的輸出端輸出較為理想的傳 感器信號。電路中設置有兩級放大電路對所述差分比例運算電路輸出的信號進行放大，第一 級運算放大電路為第二運算放大器以及第五電阻、第六電阻和第七電阻組成的同相比例運 算電路，放大的倍數由第五電阻、第六電阻以及第七電阻的阻值來決定。所述二級運算放 大電路也是由第三運算放大器以及第八電阻、第九電阻和可變電阻組成的同相比例運算電 路，電路的鏈接方式與所述的第一級運算放大電路連接的方式相同，只是在運算放大器的 反向輸入端與輸出端之間采用可變電阻，使得電路的放大倍數可調。所述二級運算放大電路的輸出端還設置有電壓跟隨電路，所述電壓跟隨電路設置 有第四運算放大器，該第四運算放大器的正向輸入端連接所述第三運算放大器的輸出端， 該第四運算放大器的反向輸入端與輸出端連接，在第四運算放大器的輸出端上連接有控制
O采用第四運算放大器構成一個電壓跟隨電路將前級放大電路的輸出端與后級控 制器的輸入端連接，起到了緩沖和隔離的作用，增強了電路的品質因數。所述第四電阻的兩端并聯有第二電容，所述第七電阻的兩端并聯有第三電容，所 述滑動變阻器的兩個固定端之間還并聯有第五電容，通過在各個運算放大器的反饋電阻上 并聯高通濾波電容，增強了電路的穩(wěn)定性。本實用新型的顯著效果是提供了一種濁度傳感器信號處理電路，先通過設置的 差分比例運算電路對兩個紅外接收管接收到的光強度信號進行減法運算處理，然后再通過 運算放大電路傳送到控制器中，電路簡單，濁度檢測的精度很高，放大電路采用兩級放大， 且二級運算放大電路的增益可調，對于不同的應用場所，安裝調試也非常方便，特別是飲用 水或自來水生產加工過程中濁度較低的水質檢測非常適用。

圖1是本實用新型電路原理框圖；圖2是本實用新型電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。如圖1、2所示一種濁度傳感器信號處理電路，包括直射接收管、散射接收管、差 分比例運算電路1以及運算放大電路2，所述差分比例運算電路1設置有第一運算放大器
4U1A，該第一運算放大器UlA的正向輸入端串第一電阻Rl后與所述直射接收管信號線IRRl 連接，該第一運算放大器UlA的反向輸入端串第二電阻R2后與所述散射接收管信號線IRR2 連接，所述第一運算放大器UlA的正向輸入端還串接第三電阻R3后接地，該第一運算放大 器UlA的反向輸入端與輸出端之間串接有第四電阻R4，所述第一運算放大器UlA的輸出端 連接所述運算放大電路2的輸入端，所述第一運算放大器UlA采用芯片型號為TLC2262AID 的集成運放，所述第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3以及第四電阻R4的阻值均設置為 IOK Ω。所述運算放大電路2設置有第二運算放大器U1B，該第二運算放大器UlB的正向 輸入端上串接第五電阻R5后與所述第一運算放大器UlA的輸出端連接，該第二運算放大器 UlB的反向輸入端串第六電阻R6后接地，在第二運算放大器UlB的反向輸入端與輸出端之 間還串接有第七電阻R7。所述運算放大電路2的輸出端還設置有二級運算放大電路3，該二級運算放大電 路3包括第三運算放大器U2A，該第三運算放大器U2A的正向輸入端串第八電阻R8后與所 述運算放大電路2的輸出端連接，該第三運算放大器U2A的反向輸入端經第九電阻R9接 地，該第三運算放大器U2A的反向輸入端還與滑動變阻器Wl的一個固定端連接，該滑動變 阻器Wl的另一固定端與滑動端均連接在所述第三運算放大器U2A的輸出端上。運算放大電路2中的第五電阻R5、第六電阻R6以及第七電阻R7以及第二運算放 大器UlB構成一個同相比例運算放大電路，將第五電阻R5、第六電阻R6以及第七電阻R7的 阻值均設置為10ΚΩ，所構成的同相比例運算放大電路放大的倍數約為2倍。二級運算放大電路3中的第八電阻R8、第九電阻R9、可變電阻Wl以及第三運算放 大器U2A也構成一個同相比例運算放大電路，所述第三運算放大器U2A也采用TLC2262AID 集成運放，第八電阻R8與第九電阻R9的阻值為10ΚΩ，可變電阻Wl的阻值變化范圍為 0-200ΚΩ,由此可得，所述二級運算放大電路3的放大倍數在1-21倍的范圍內可調。所述二級運算放大電路3的輸出端還連接有電壓跟隨電路4，所述電壓跟隨電路4 為第四運算放大器U2B，該第四運算放大器U2B的正向輸入端連接所述第三運算放大器U2A 的輸出端，該第四運算放大器U2B的反向輸入端與輸出端連接，在第四運算放大器U2B的輸 出端上連接有控制器5，通過第四運算放大器U2B起到了緩沖和隔離的作用，增強了電路的 品質因數。所述第四電阻R4的兩端并聯有第二電容C2，所述第七電阻R7的兩端并聯有第三 電容C3，所述滑動變阻器Wl的兩個固定端之間還并聯有第五電容C5。所述第二電容C2與 第三電容C3的容值為0. OluF，第五電容C5的容值為0. 047uF，通過在各個運算放大器的反 饋電阻上并聯高通濾波電容，增強了電路的穩(wěn)定性。本實用新型的工作原理通過在運算放大電路2的前面設置一個差分比例運算電路1對直射接收管與散射 接收管上的光強度信號作減法運算處理，當所述第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3以 及第四電阻R4的阻值相等時，所述第一運算放大器UlA的輸出端輸出的電壓值等于直射接 收管信號電壓值減去散射接收管信號電壓值，由于接收管接收到的紅外光感應信號的電壓 值都比較弱，但是對于直射接收管與散射接收管來說，接收管安裝的位置不一樣，光感應信 號的強度也不一樣，雖然二者的感應信號都比較弱，但是卻處于同一數量級上，將二者的感應信號作減法處理，其差值相對而言就比較明顯，減法處理后的差值信號再經過運算放大 電路進行放大處理，最后得到比較理想的傳感器信號。采用這種方式對微弱的光感應信號 進行處理，對于是水質濁度較低的應用環(huán)境，檢測的精度就比較高。電路中設置有兩級放大電路對所述差分比例運算電路1輸出的信號進行放大，采 用同相比例運算電路的連接方式，電路結構簡單，放大倍數的設計和控制也比較方便，二級 運算放大電路3通過調節(jié)可變電阻Wl的阻值實現放大倍數的變化，對于不同的應用環(huán)境， 降低了安裝調試的難度。盡管以上結構結合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行了描述，但本實用新型不 限于上述具體實施方式
，上述具體實施方式
僅僅是示意性的而不是限定性的，本領域的普 通技術人員在本實用新型的啟示下，在不違背本實用新型宗旨及權利要求的前提下，可以 作出多種類似的表示，如更改電阻的阻值，更換放大電路的放大倍數以及放大電路的級數 等等，這樣的變換均落入本實用新型的保護范圍之內。
權利要求一種濁度傳感器信號處理電路，包括直射接收管、散射接收管以及運算放大電路(2)，其特征在于還包括差分比例運算電路(1)，所述差分比例運算電路(1)設置有第一運算放大器(U1A)，該第一運算放大器(U1A)的正向輸入端串第一電阻(R1)后與所述直射接收管信號線(IRR1)連接，該第一運算放大器(U1A)的反向輸入端串第二電阻(R2)后與所述散射接收管信號線(IRR2)連接，所述第一運算放大器(U1A)的正向輸入端還串接第三電阻(R3)后接地，該第一運算放大器(U1A)的反向輸入端與輸出端之間串接有第四電阻(R4)，所述第一運算放大器(U1A)的輸出端連接所述運算放大電路(2)的輸入端。
2.根據權利要求1所述的一種濁度傳感器信號處理電路，其特征在于所述第一電阻 (Rl)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)以及第四電阻(R4)的阻值相等。
3.根據權利要求1所述的一種濁度傳感器信號處理電路，其特征在于所述第四電阻 (R4)的兩端并聯有第二電容(C2)。
4.根據權利要求1所述的一種濁度傳感器信號處理電路，其特征在于所述運算放大 電路(2)設置有第二運算放大器(UlB)，該第二運算放大器(UlB)的正向輸入端上串接第五 電阻(R5)后與所述第一運算放大器(UlA)的輸出端連接，該第二運算放大器(UlB)的反向 輸入端串第六電阻(R6)后接地，在第二運算放大器(UlB)的反向輸入端與輸出端之間還串 接有第七電阻(R7)。
5.根據權利要求4所述的一種濁度傳感器信號處理電路，其特征在于所述第七電阻 (R7)的兩端并聯有第三電容(C3)。
6.根據權利要求1或4所述的一種濁度傳感器信號處理電路，其特征在于還設置有 二級運算放大電路(3)，所述二級運算放大電路(3)包括第三運算放大器(U2A)，該第三運 算放大器(U2A)的正向輸入端串第八電阻(R8)后與所述運算放大電路(2)的輸出端連接， 該第三運算放大器(U2A)的反向輸入端經第九電阻(R9)接地，該第三運算放大器(U2A)的 反向輸入端還與滑動變阻器(Wl)的一個固定端連接，該滑動變阻器(Wl)的另一固定端與 滑動端均連接在所述第三運算放大器(U2A)的輸出端上。
7.根據權利要求6所述的一種濁度傳感器信號處理電路，其特征在于所述滑動變阻 器(Wl)的兩個固定端之間還并聯有第五電容(C5)。
8.根據權利要求6所述的一種濁度傳感器信號處理電路，其特征在于還設置有電壓 跟隨電路(4)，所述電壓跟隨電路(4)為第四運算放大器(U2B)，該第四運算放大器(U2B) 的正向輸入端連接所述第三運算放大器(U2A)的輸出端，該第四運算放大器(U2B)的反向 輸入端與輸出端連接，在第四運算放大器(U2B)的輸出端上連接有控制器(5)。
專利摘要本實用新型公開了一種濁度傳感器信號處理電路，包括直射接收管、散射接收管以及運算放大電路，其特征在于還包括差分比例運算電路，差分比例運算電路設置有第一運算放大器，該第一運算放大器的正向輸入端串第一電阻后與直射接收管信號線連接，反向輸入端串第二電阻后與散射接收管信號線連接，正向輸入端還串接第三電阻后接地，反向輸入端與輸出端之間串接有第四電阻，第一運算放大器的輸出端連接運算放大電路的輸入端。其顯著效果是通過設置的差分比例運算電路對兩個紅外接收管接收到的光強度信號進行減法運算處理后再放大到控制器中，濁度檢測的精度非常高，特別對于飲用水或自來水生產加工過程中濁度較低的水質檢測非常適用。
文檔編號G01N21/49GK201689047SQ20102018980
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月13日 優(yōu)先權日2010年5月13日
發(fā)明者余勇, 余武, 劉一兵, 張能, 汪明, 王設計, 石祥聰 申請人:重慶工業(yè)自動化儀表研究所