專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)溶解氧傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光學(xué)溶解氧傳感器。
背景技術(shù)：
溶解氧是指溶解于水中分子狀態(tài)的氧，是水生生物生存不可缺少的條件。天然水中溶解氧近于飽和值(9ppm)，藻類(lèi)繁殖旺盛時(shí)，溶解氧含量下降。水體受有機(jī)物及還原性物質(zhì)污染可使溶解氧降低，對(duì)于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)來(lái)說(shuō)，水體溶解氧對(duì)水中生物如魚(yú)類(lèi)的生存有著至關(guān)重要的影響，當(dāng)溶解氧低于4mg/L時(shí)，就會(huì)引起魚(yú)類(lèi)窒息死亡，對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)，健康的飲用水中溶解氧含量不得小于6mg/L。當(dāng)溶解氧消耗速率大于氧氣向水體中溶入的速率時(shí)，溶解氧的含量可趨近于0，此時(shí)厭氧菌得以繁殖，使水體惡化，所以溶解氧大小能夠反映出水體受到的污染，特別是有機(jī)物污染的程度，它是水體污染程度的重要指標(biāo)，也是衡量水質(zhì)的綜合指標(biāo)。因此，水體溶解氧含量的測(cè)量，對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)以及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展都具有重要意義。近年來(lái)出現(xiàn)的基于熒光淬滅技術(shù)和光纖技術(shù)的光纖氧測(cè)量裝置可用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)水中的溶解氧，但此類(lèi)裝置需要價(jià)格昂貴的石英光纖進(jìn)行光傳輸，且光纖易折，攜帶不便。 另有其它的溶解氧測(cè)量裝置將水上控制裝置、電纜和傳感器探頭集成為一體，雖然傳感器探頭可以脫機(jī)獨(dú)立工作，但需要回收后與PC機(jī)連接才可獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取仍需人工操作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何提供一種可實(shí)現(xiàn)對(duì)溶解氧測(cè)量進(jìn)行溫度補(bǔ)償、 并且可實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)溶解氧的在線監(jiān)測(cè)的光學(xué)溶解氧傳感器。( 二 )技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種光學(xué)溶解氧傳感器，包括熒光測(cè)量模塊，用于采集水體的溶解氧信號(hào)；溫度測(cè)量模塊，用于采集水體的溫度信號(hào)；TEDS存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)TEDS參數(shù)，所述TEDS參數(shù)包括反映溫度和溶解氧關(guān)系的校準(zhǔn)補(bǔ)償參數(shù)；微處理器，分別與所述熒光測(cè)量模塊、溫度測(cè)量模塊以及TEDS存儲(chǔ)器連接，用于對(duì)所述溶解氧信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行處理，并根據(jù)所述校準(zhǔn)補(bǔ)償參數(shù)對(duì)處理后的溶解氧信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行校正，生成溶解氧值和溫度值。其中，還包括信號(hào)調(diào)理模塊，連接于所述熒光測(cè)量模塊與微處理器以及溫度測(cè)量模塊與微處理器之間，用于對(duì)所述溶解氧信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理所得的溶解氧電壓信號(hào)和溫度電壓信號(hào)發(fā)送至所述微處理器。還包括分別與所述熒光測(cè)量模塊、信號(hào)調(diào)理模塊以及微處理器連接的電源模塊，用于為所述熒光測(cè)量模塊、信號(hào)調(diào)理模塊以及微處理器供電。還包括與所述微處理器連接的總線接口模塊，用于輸出微處理器的經(jīng)過(guò)校正補(bǔ)償后的溶解氧值和溫度值數(shù)據(jù)。還包括矩形電路板和圓形電路板，矩形電路板和圓形電路板垂直連接。還包括光電檢測(cè)電路、恒流源、接線盒、接線盒底座和玻璃載片，所述信號(hào)調(diào)理模塊、TEDS存儲(chǔ)器、電源模塊、微處理器和總線接口模塊集成在所述矩形電路板上，恒流源和光電檢測(cè)電路集成在所述圓形電路板上，所述矩形電路板和圓形電路板密封在接線盒中， 粘貼有氧傳感膜的玻璃載片通過(guò)壓蓋與接線盒底座連接，所述接線盒底座和所述接線盒連接形成密閉空間。還包括內(nèi)柵格防護(hù)罩和外柵格防護(hù)罩，所述接線盒底座分別與內(nèi)柵格防護(hù)罩和外柵格防護(hù)罩連接，內(nèi)柵格防護(hù)罩上設(shè)有第一開(kāi)孔，外柵格防護(hù)罩上設(shè)有第二開(kāi)孔，所述接線盒底座分別與所述內(nèi)柵格防護(hù)罩和所述外柵格防護(hù)罩連接完成后，第一開(kāi)孔和第二開(kāi)孔呈相互交錯(cuò)狀，內(nèi)柵格防護(hù)罩和外柵格防護(hù)罩上設(shè)有均進(jìn)出水孔。還包括通過(guò)螺旋壓鉚與所述矩形電路板連接的電纜，所述螺旋壓鉚與所述接線盒之間設(shè)有電纜線密封圈，所述接線盒與所述接線盒底座之間設(shè)有接線盒密封圈。所述信號(hào)調(diào)理模塊包括濾波放大電路，用于對(duì)所述溫度信號(hào)和所述溶解氧信號(hào)進(jìn)行濾波，并對(duì)濾波后的溫度信號(hào)和溶解氧信號(hào)進(jìn)行放大處理，得到相應(yīng)的溫度電壓信號(hào)和溶解氧電壓信號(hào)。其中，接線盒底座和內(nèi)柵格防護(hù)罩之間設(shè)有內(nèi)柵格防護(hù)罩密封圈，接線盒底座和外柵格防護(hù)罩之間設(shè)有外柵格防護(hù)罩密封圈。(三)有益效果本發(fā)明通過(guò)設(shè)置溫度測(cè)量模塊測(cè)量水體的溫度并根據(jù)TEDS存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的校正補(bǔ)償參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溶解氧測(cè)量的溫度補(bǔ)償；通過(guò)在傳感器線路板上集成化設(shè)計(jì)，有利于溶解氧傳感器的微型化；通過(guò)接線盒和接線盒底座的密封設(shè)計(jì)，有利于提高溶解氧傳感器的防水性和可靠性，可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)；通過(guò)設(shè)置內(nèi)外兩個(gè)柵格防護(hù)罩，避免了外界光源對(duì)溶解氧測(cè)量的干擾；通過(guò)數(shù)字總線輸送信號(hào)，擴(kuò)充了測(cè)量范圍。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)溶解氧傳感器的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)溶解氧傳感器的外部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示的光學(xué)溶解氧傳感器的底部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖2所示的光學(xué)溶解氧傳感器的分解示意圖；圖5是圖4所示的光學(xué)溶解氧傳感器的接線盒底座的底部仰視圖；圖6是圖4所示的光學(xué)溶解氧傳感器的內(nèi)柵格防護(hù)罩的底部仰視圖；圖7是圖2所示的光學(xué)溶解氧傳感器的剖視圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)溶解氧傳感器的微處理器的工作流程圖；其中，1 溫度測(cè)量模塊；2 熒光測(cè)量模塊；3 信號(hào)調(diào)理模塊；4 微處理器；5 =TEDS 存儲(chǔ)器；6 總線接口模塊；7 電源模塊；8 溫度探頭；9 光電檢測(cè)電路；10 恒流源；11 LED ；12 濾波放大電路；13 四芯電纜；14 螺旋壓鉚；15 接線盒；16 接線盒底座；17 夕卜柵格防護(hù)罩；18 第二開(kāi)孔；19 外柵格防護(hù)罩底部；20 第二進(jìn)出水孔；21 :內(nèi)柵格防護(hù)罩底部；22 第一進(jìn)出水孔；23 壓蓋；24 氧傳感膜；25 內(nèi)柵格防護(hù)罩；26 第一開(kāi)孔；27% 纜線密封圈；28 接線盒密封圈；29 內(nèi)柵格防護(hù)罩密封圈；30 外柵格防護(hù)罩密封圈；31 壓蓋密封圈；32 玻璃載片；33 矩形電路板；34 圓形電路板；35 ；光電探測(cè)器；36 透鏡； 37 濾光片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，本實(shí)施例的光學(xué)溶解氧傳感器包括熒光測(cè)量模塊2，用于采集水體的溶解氧信號(hào)；溫度測(cè)量模塊1，用于采集水體的溫度信號(hào)；TEDS (Transducer Electronic Data Sheet，傳感器電子數(shù)據(jù)表格)存儲(chǔ)器5，用于存儲(chǔ)TEDS參數(shù)，TEDS參數(shù)包括符合 IEEE1451. 2標(biāo)準(zhǔn)的通道信息以及反映溫度和溶解氧關(guān)系的校準(zhǔn)補(bǔ)償參數(shù)；信號(hào)調(diào)理模塊 3，連接于熒光測(cè)量模塊2和溫度測(cè)量模塊1與微處理器4之間，用于分別對(duì)溶解氧信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行處理，處理后所得的溶解氧電壓信號(hào)和溫度電壓信號(hào)發(fā)送至微處理器4;微處理器4，與TEDS存儲(chǔ)器5相連接，還通過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊3分別與熒光測(cè)量模塊2和溫度測(cè)量模塊1連接，用于對(duì)來(lái)自信號(hào)調(diào)理模塊3的溶解氧電壓信號(hào)和溫度電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，并根據(jù)TEDS存儲(chǔ)器5中存儲(chǔ)的校準(zhǔn)補(bǔ)償參數(shù)對(duì)處理后的溶解氧電壓信號(hào)和溫度電壓信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，生成溶解氧值和溫度值。本實(shí)施例還包括光電檢測(cè)電路9，用于采集熒光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，光電檢測(cè)電路主要包括光電探測(cè)器35;恒流源10，用于向LED 11提供恒流電源，LED 11為藍(lán)色發(fā)光二極管；電源模塊7，分別與恒流源10、信號(hào)調(diào)理模塊3以及微處理器4連接，用于向恒流源10、信號(hào)調(diào)理模塊3以及微處理器4提供穩(wěn)定的電源電壓。進(jìn)一步地，本實(shí)施例還包括總線接口模塊6，與微處理器4連接，用于輸出微處理器4生成的經(jīng)過(guò)校正補(bǔ)償后的溶解氧值和溫度值。再如圖7所示，在上述技術(shù)方案中，熒光測(cè)量模塊2包括兩個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管LED 11、光電探測(cè)器35和紅光的濾光片37，光電探測(cè)器35和紅光的濾光片37之間還設(shè)置有透鏡36。其中光電探測(cè)器35和兩個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管LED 11分別與圓形電路板34連接，光電探測(cè)器35垂直安裝在圓形電路板34的下方。在上述方案中，信號(hào)調(diào)理模塊3包括濾波放大電路12，濾波放大電路12用于對(duì)溶解氧信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行濾波，并對(duì)濾波后的溶解氧信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行放大處理。如圖2、圖3、圖4和圖6所示，本實(shí)施例的溶解氧傳感器包括四芯電纜13、螺旋壓鉚14、接線盒15、接線盒底座16、外柵格防護(hù)罩17和內(nèi)柵格防護(hù)罩25，四芯電纜13通過(guò)螺旋壓鉚14連接到接線盒15，接線盒15、接線盒底座16、內(nèi)柵格防護(hù)罩25和外柵格防護(hù)罩 17依次相連形成一體結(jié)構(gòu)。其中，內(nèi)柵格防護(hù)罩25的側(cè)面上設(shè)有第一開(kāi)孔26，內(nèi)柵格防護(hù)罩底部21上設(shè)有進(jìn)第一進(jìn)出水孔22，外柵格防護(hù)罩17的側(cè)面上設(shè)有第二開(kāi)孔18，外柵格防護(hù)罩底部19上設(shè)有第二進(jìn)出水孔20，第一進(jìn)出水孔22和第二進(jìn)出水孔20均可以設(shè)置多個(gè)，優(yōu)選為圓周分布，用于被測(cè)水體進(jìn)出，并且，第一進(jìn)出水口 22所在圓周的直徑小于第二進(jìn)出水口 20所在圓周的直徑。內(nèi)柵格防護(hù)罩25和外柵格防護(hù)罩17的底部(21，19)均為圓形，圓形內(nèi)柵格防護(hù)罩底部21的直徑小于圓形外柵格防護(hù)罩底部19的直徑，內(nèi)柵格防護(hù)罩25的高度小于外柵格防護(hù)罩17的高度。如圖4所示，在本實(shí)施例中，螺旋壓鉚14和接線盒15之間設(shè)有電纜線密封圈27， 接線盒15和接線盒底座16之間設(shè)有接線盒密封圈28，接線盒底座16和內(nèi)柵格防護(hù)罩25 之間設(shè)有內(nèi)柵格防護(hù)罩密封圈29，接線盒底座16和外柵格防護(hù)罩17之間設(shè)有外柵格防護(hù)罩密封圈30。接線盒密封圈28、電纜線密封圈27和內(nèi)、外柵格防護(hù)罩密封圈29、30可以保證整個(gè)溶解氧傳感器防水性能好，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP68，溶解氧傳感器內(nèi)部電子器件與水完全隔離，使溶解氧傳感器可以浸沒(méi)于水體中工作，以便測(cè)定水體中不同深度的溶解氧和溫度。如圖5和圖7所示，在本實(shí)施例中，在接線盒15內(nèi)部設(shè)有矩形電路板33和圓形電路板34，且信號(hào)調(diào)理模塊3、TEDS存儲(chǔ)器5、電源模塊7、微處理器4和總線接口模塊6集成在所述矩形電路板33上，恒流源10和光電檢測(cè)電路9集成在所述圓形電路板34上。矩形電路板33和圓形電路板34密封在接線盒15中。粘貼有氧傳感膜24的玻璃載片32通過(guò)壓蓋23與接線盒底座16連接，所述接線盒底座16和所述接線盒15連接形成密閉空間。熒光測(cè)量模塊2的LED 11為藍(lán)色發(fā)光二極管，熒光測(cè)量模塊2的光電探測(cè)器35采用0PT301， LED 11和光電探測(cè)器35分別與圓形電路板34連接，光電探測(cè)器35垂直安裝在圓形電路板34的下方，圓形電路板34的下方還連接有溫度探頭8。LED 11發(fā)出的藍(lán)光照射到氧傳感膜24上激發(fā)出紅色熒光，紅色熒光經(jīng)紅光濾波片37和透鏡36后被光電探測(cè)器35接收。在本實(shí)施例中，內(nèi)、外柵格防護(hù)罩25、17上所設(shè)置的第一、第二(方形)開(kāi)孔26、18 和第一、第二進(jìn)出水孔22、20，除了用于被測(cè)水體進(jìn)出外，還用于屏蔽外界光源，減少外界光源對(duì)熒光測(cè)量模塊2工作的干擾。傳感器連接成一體結(jié)構(gòu)后，第一、第二開(kāi)孔26、18呈交錯(cuò)分布。在本實(shí)施例中，總線接口模塊6采用RS485總線接口，總線接口模塊6在協(xié)議上支持IEEE1451. 2標(biāo)準(zhǔn)，矩形電路板33通過(guò)四芯電纜13連接電源、接地以及連接總線接口模塊6中的RS485總線接口的正極和負(fù)極，總線接口模塊6可實(shí)現(xiàn)即插即用功能。為增強(qiáng)系統(tǒng)的集成度，微處理器4可采用美國(guó)TI公司的MSP430系列單片機(jī)集成電路芯片，也可以采用其它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理和控制的芯片。其中，MSP430系列單片機(jī)是 TI公司研發(fā)的16位超低功耗單片機(jī)，非常適合各種功率要求低的場(chǎng)合，特別適合于電池應(yīng)用的場(chǎng)合或手持設(shè)備。該單片機(jī)在1. 8V 3. 6V電壓、IMHz的時(shí)鐘條件下，耗電電流在 0. 1 400 μ A之間；含有P。 ？6共7個(gè)I/O 口、2個(gè)定時(shí)器Timer A,Timer B、1個(gè)看門(mén)狗， 內(nèi)部集成2K的RAM和60K的Flash，MSP430系列的Flash，可十萬(wàn)次重復(fù)編程；MSP430系列單片機(jī)均為工業(yè)級(jí)的產(chǎn)品，運(yùn)行環(huán)境溫度為_(kāi)40°C +85°C。MSP430單片機(jī)具有12位8路模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter, ADC)功能和DMA控制單元，可以分別為系統(tǒng)采樣電路和數(shù)據(jù)傳輸部分采用，使得系統(tǒng)的硬件電路更加集成化、小型化?？赏ㄟ^(guò)MSP430 單片機(jī)內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)溶解氧電壓信號(hào)和溫度電壓信號(hào)進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換生成數(shù)字化的溶解氧電壓信號(hào)和溫度電壓信號(hào)，由于上述轉(zhuǎn)換后的結(jié)果可在微處理器4內(nèi)部通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波來(lái)消除LED11、光電探測(cè)器35和溫度探頭8由于自身工作環(huán)境改變而引起的采集的數(shù)據(jù)信號(hào)的變化，因此可保證數(shù)據(jù)客觀準(zhǔn)確。符合IEEE1451. 2標(biāo)準(zhǔn)的通道信息可以采用Channel-TEDS，符合IEEE1451. 2標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)補(bǔ)償參數(shù)可以采用Calibration-TEDS。另外，TEDS參數(shù)還可以包括Meta-TEDS。IEEE1451. 2標(biāo)準(zhǔn)定義的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器包括智能傳感器接口模塊(Smart Transducer Interface Module，STIM)禾口網(wǎng)絡(luò)適配器模塊(Network Capable Application Processor, NCAP)兩部分，智能傳感器接口模塊和網(wǎng)絡(luò)適配器模塊可通過(guò)傳感獨(dú)立接口 (Transducer Independent Interface，TII)相連。智能傳感器接口模塊通過(guò)傳感器電子數(shù)據(jù)表格(TEDS)進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)的讀入和參數(shù)的設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)傳感器的“即插即用”功能。本實(shí)施例的溶解氧傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)IEEE1451. 2中定義的智能傳感器接口模塊的功能，使用的部件是支持IEEE1451. 2標(biāo)準(zhǔn)的TEDS存儲(chǔ)器5和總線接口模塊6。其中，TEDS 存儲(chǔ)器5能夠?qū)?duì)光電探測(cè)器35和溫度探頭8的標(biāo)定以及數(shù)據(jù)的校正等工作轉(zhuǎn)化為微處理器4承擔(dān)的例行任務(wù)，TEDS存儲(chǔ)器5是溶解氧傳感器實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)、自補(bǔ)償?shù)戎悄芄δ艿?■石出。本實(shí)施例的溶解氧傳感器的總線接口模塊6采用的是目前應(yīng)用廣泛的RS485總線接口，該RS485總線接口連接了熱拔插電路，可以實(shí)現(xiàn)RS485總線接口的熱拔插。通過(guò)該總線接口模塊6可以與上位機(jī)或其它設(shè)備進(jìn)行通訊。由于微處理器4采用MSP430單片機(jī)不能直接連接RS485總線接口，因此在MSP430單片機(jī)與RS485總線接口之間設(shè)置RS485轉(zhuǎn)換電路，用于將微處理器4的接口轉(zhuǎn)換為RS485總線接口。RS485轉(zhuǎn)換電路可采用美國(guó)TI公司生產(chǎn)的一種RS485總線接口芯片SN75LBC184芯片。為了方便TEDS存儲(chǔ)器5中存儲(chǔ)內(nèi)容的升級(jí)與更新，采用異步串行接口來(lái)下載TEDS并通過(guò)I2C總線轉(zhuǎn)存至FM24CL16鐵電存儲(chǔ)器中。本實(shí)施例的溶解氧傳感器在實(shí)現(xiàn)智能傳感器接口模塊功能方面，主要是通過(guò)TEDS 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。在IEEE1451. 2標(biāo)準(zhǔn)中TEDS是核心內(nèi)容之一，其是一種嵌入于智能傳感器接口模塊內(nèi)的表格，完整定義了智能傳感器接口模塊各個(gè)部分邏輯信息存儲(chǔ)和互操作格式，也是對(duì)智能傳感器接口模塊各通道傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行校正的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)的傳感器自身帶有內(nèi)部信息，具體包括制造商、數(shù)據(jù)代碼、序列號(hào)、使用的極限以及校準(zhǔn)系數(shù)等。當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，上述內(nèi)部信息可以被提供給網(wǎng)絡(luò)適配器模塊以及系統(tǒng)其它部分。 TEDS分為8個(gè)可尋址部分，其中兩個(gè)必備的電子數(shù)據(jù)表格是=Meta-TEDS和Charmel-TEDS， 其余可按需要進(jìn)行選擇。Meta-TEDS用于描繪TEDS信息、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、支持的通道數(shù)和通道極限時(shí)間參數(shù)等有關(guān)智能傳感器接口模塊的總體信息；每個(gè)智能傳感器接口模塊通道包括1 個(gè)Charmel-TEDS，主要用于描述每個(gè)通道的具體信息，如描述通道物理屬性、糾正類(lèi)型、返回?cái)?shù)據(jù)類(lèi)型和格式通道的定時(shí)信息等。Calibration-TEDS用于存放校準(zhǔn)補(bǔ)償參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)傳感器的自校正功能。本實(shí)施例的溶解氧傳感器為了實(shí)現(xiàn)自校正功能，在TEDS存儲(chǔ)器5中存儲(chǔ)有符合 IEEE1451. 2 標(biāo)準(zhǔn)的 Channel-TEDS 和 Calibration-TEDS。另外，TEDS 存儲(chǔ)器 5 還存儲(chǔ)有符合IEEE1451. 2標(biāo)準(zhǔn)的Meta-TEDS。其中，Calibration-TEDS用于實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，它用于存放溫度在0 40°C范圍的水體中溶解氧值與溶解氧電壓信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)曲線，該對(duì)應(yīng)曲線是事先在標(biāo)準(zhǔn)溶液中測(cè)量所得的數(shù)值形成的。如圖8所示，本實(shí)施例的溶解氧傳感器的微處理器4的工作流程具體包括首先， 上電初始化硬件狀態(tài)，調(diào)出存儲(chǔ)在FM24CL16鐵電存儲(chǔ)器中的TEDS參數(shù)，根據(jù)TEDS參數(shù)識(shí)別探頭類(lèi)型、制造商、序列號(hào)、通道數(shù)、物理類(lèi)型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，更具體地說(shuō)是根據(jù)TEDS參數(shù)中的Meta-TEDS識(shí)別探頭類(lèi)型、制造商、序列號(hào)、通道數(shù)、物理類(lèi)型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等；其次， 通過(guò)自診斷程序測(cè)量電源電壓、探頭接口等信號(hào)，判斷溶解氧傳感器是否存在故障；然后， 為了降低功耗，微處理器4控制外部設(shè)備進(jìn)入休眠狀態(tài)(也稱(chēng)低功耗模式)，等待任務(wù)觸發(fā)。 將系統(tǒng)由休眠狀態(tài)喚醒的方式有兩種一種是在定時(shí)觸發(fā)采集請(qǐng)求下，進(jìn)行模擬/數(shù)字(A/ D)數(shù)據(jù)采集并執(zhí)行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理，包括溶解氧和溫度的標(biāo)定及補(bǔ)償；另一種是通過(guò)串行接口接收外部設(shè)置參數(shù)、觸發(fā)測(cè)量、讀出參數(shù)與測(cè)量結(jié)果的請(qǐng)求，即智能傳感器接口模塊服務(wù)程序。通過(guò)上述實(shí)施例可以看出，本實(shí)施例的溶解氧傳感器既設(shè)有熒光測(cè)量模塊又設(shè)有溫度測(cè)量模塊，因此能夠同時(shí)對(duì)一個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行溫度和溶解氧測(cè)量，保證被測(cè)點(diǎn)位置上的同一性和參數(shù)在時(shí)間上的實(shí)時(shí)性，適應(yīng)了自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)的檢測(cè)要求。本實(shí)施例的溶解氧傳感器采用單片機(jī)技術(shù)和光電檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，簡(jiǎn)化了硬件電路，擴(kuò)充了測(cè)量功能，并采用 IEEE1451的自補(bǔ)償方法，能夠保證溫度電壓信號(hào)和溶解氧電壓信號(hào)獲取的同時(shí)性，并通過(guò)內(nèi)嵌的補(bǔ)償方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高了溶解氧測(cè)量精度。而且本實(shí)施例的溶解氧傳感器采用全數(shù)字總線傳送信號(hào)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中傳感器輸出4 20mA模擬電流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)導(dǎo)致的分辨率低而限制測(cè)量范圍的問(wèn)題，擴(kuò)充了測(cè)量范圍。本實(shí)施例的溶解氧傳感器采用基于 IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器，利用智能傳感器接口模塊和電子數(shù)據(jù)表格進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)的讀入和執(zhí)行器參數(shù)的設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器的“即插即用”功能。本實(shí)施例的溶解氧傳感器通過(guò)在傳感器電路板上集成化設(shè)計(jì)，有利于溶解氧傳感器的微型化；通過(guò)接線盒和接線盒底座的密封設(shè)計(jì)，有利于提高溶解氧傳感器的防水性和可靠性，能夠在線檢測(cè)；通過(guò)設(shè)置內(nèi)外柵格防護(hù)罩，減少了外界光源對(duì)溶解氧測(cè)量的干擾。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)溶解氧傳感器，其特征在于，包括熒光測(cè)量模塊(2)，用于采集水體的溶解氧信號(hào)；溫度測(cè)量模塊(1)，用于采集水體的溫度信號(hào)；TEDS存儲(chǔ)器(5)，用于存儲(chǔ)TEDS參數(shù)，所述TEDS參數(shù)包括反映溫度和溶解氧關(guān)系的校準(zhǔn)補(bǔ)償參數(shù)；微處理器(4)，分別與所述熒光測(cè)量模塊(2)、溫度測(cè)量模塊(1)以及TEDS存儲(chǔ)器(5) 連接，用于對(duì)所述溶解氧信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行處理，并根據(jù)所述校準(zhǔn)補(bǔ)償參數(shù)對(duì)處理后的溶解氧信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行校正，生成溶解氧值和溫度值。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)溶解氧傳感器，其特征在于，還包括信號(hào)調(diào)理模塊(3)，連接于所述熒光測(cè)量模塊(2)與微處理器(4)以及溫度測(cè)量模塊(1)與微處理器(4)之間， 用于對(duì)所述溶解氧信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理所得的溶解氧電壓信號(hào)和溫度電壓信號(hào)發(fā)送至所述微處理器(4)。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)溶解氧傳感器，其特征在于，還包括分別與所述熒光測(cè)量模塊(2)、信號(hào)調(diào)理模塊(3)以及微處理器(4)連接的電源模塊(7)，用于為所述熒光測(cè)量模塊(2)、信號(hào)調(diào)理模塊(3)以及微處理器(4)供電。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)溶解氧傳感器，其特征在于，還包括與所述微處理器(4) 連接的總線接口模塊(6)，用于輸出微處理器(4)的經(jīng)過(guò)校正補(bǔ)償后的溶解氧值和溫度值數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)溶解氧傳感器，其特征在于，還包括矩形電路板(33)和圓形電路板(34)，矩形電路板(33)和圓形電路板(34)垂直連接。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)溶解氧傳感器，其特征在于，還包括光電檢測(cè)電路(9)、恒流源(10)、接線盒(15)、接線盒底座(16)和玻璃載片(32)，所述信號(hào)調(diào)理模塊(3)、TEDS 存儲(chǔ)器(5)、電源模塊(7)、微處理器(4)和總線接口模塊(6)集成在所述矩形電路板(33) 上，恒流源(10)和光電檢測(cè)電路(9)集成在所述圓形電路板(34)上，所述矩形電路板(33) 和圓形電路板(34)密封在接線盒(15)中，粘貼有氧傳感膜(24)的玻璃載片(32)通過(guò)壓蓋(23)與接線盒底座(16)連接，所述接線盒底座(16)和所述接線盒(15)連接形成密閉空間。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)溶解氧傳感器，其特征在于，還包括內(nèi)柵格防護(hù)罩(25)和外柵格防護(hù)罩(17)，所述接線盒底座(16)分別與內(nèi)柵格防護(hù)罩(25)和外柵格防護(hù)罩(17) 連接，內(nèi)柵格防護(hù)罩(25)上設(shè)有第一開(kāi)孔(26)，外柵格防護(hù)罩(17)上設(shè)有第二開(kāi)孔(18)， 所述接線盒底座(16)分別與所述內(nèi)柵格防護(hù)罩(25)和所述外柵格防護(hù)罩(17)連接完成后，第一開(kāi)孔(26)和第二開(kāi)孔(18)呈相互交錯(cuò)狀，內(nèi)柵格防護(hù)罩(25)和外柵格防護(hù)罩 (17)上設(shè)有均進(jìn)出水孔(22，20)。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)溶解氧傳感器，其特征在于，還包括通過(guò)螺旋壓鉚(14)與所述矩形電路板(33)連接的電纜，所述螺旋壓鉚(14)與所述接線盒(15)之間設(shè)有電纜線密封圈(27)，所述接線盒(15)與所述接線盒底座(16)之間設(shè)有接線盒密封圈(28)。
9.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)溶解氧傳感器，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)理模塊(3)包括 濾波放大電路(12)，用于對(duì)所述溫度信號(hào)和所述溶解氧信號(hào)進(jìn)行濾波，并對(duì)濾波后的溫度信號(hào)和溶解氧信號(hào)進(jìn)行放大處理，得到相應(yīng)的溫度電壓信號(hào)和溶解氧電壓信號(hào)。
10.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)溶解氧傳感器，其特征在于，接線盒底座(16)和內(nèi)柵格防護(hù)罩(25)之間設(shè)有內(nèi)柵格防護(hù)罩密封圈(29)，接線盒底座(16)和外柵格防護(hù)罩(17)之間設(shè)有外柵格防護(hù)罩密封圈(30)。
全文摘要
本發(fā)明涉及傳感器測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種光學(xué)溶解氧傳感器，包括熒光測(cè)量模塊，用于采集水體的溶解氧信號(hào)；溫度測(cè)量模塊，用于采集水體的溫度信號(hào)；傳感器電子數(shù)據(jù)表格TEDS存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)TEDS參數(shù)，TEDS參數(shù)包括反映溫度和溶解氧關(guān)系的校準(zhǔn)補(bǔ)償參數(shù)；以及微處理器，與所述熒光測(cè)量模塊、溫度測(cè)量模塊以及TEDS存儲(chǔ)器連接，用于對(duì)溶解氧電壓信號(hào)和溫度電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，并根據(jù)校準(zhǔn)補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算處理生成溶解氧值。本發(fā)明的光學(xué)溶解氧傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)測(cè)量的溶解氧進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高了溶解氧測(cè)量精度，可以對(duì)水質(zhì)溶解氧在線檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/64GK102253024SQ20111015266
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者丁啟勝, 劉雙印, 臺(tái)海江, 李道亮, 馬道坤 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)