專利名稱：重金屬在線監(jiān)測儀的光電檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于重金屬監(jiān)測儀的電路，具體是一種重金屬在線監(jiān)測儀的光電檢測電路。
背景技術(shù)：
在重金屬在線監(jiān)測儀中，光電比色法是一種常用的檢測方法。就是由光源(常用的由恒流源及波長特定的LED發(fā)光管)發(fā)出的一定波長的光經(jīng)濾光片濾波后，變?yōu)楦咏咏鼏紊墓?。此單色光通過比色皿時，被里面的樣品吸收掉一部分，然后照射在光電檢測器上。光電檢測器將光信號的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕拇笮?，最后?jīng)放大，由顯示部分顯示出測量結(jié)果。 重金屬監(jiān)測儀采用光電比色測量的主要理論基礎(chǔ)是一個有關(guān)光吸收的基本定律——比爾一朗伯定律數(shù)學(xué)表達(dá)式A=lg(l/T)=Kbc。其中A為吸光度，T為透射比，是透射光強(qiáng)度比上入射光強(qiáng)度K為摩爾吸收系數(shù)，它與吸收物質(zhì)的性質(zhì)及入射光的波長λ有關(guān)。c為吸光物質(zhì)的濃度，b為吸收層厚度。物理意義是當(dāng)一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時，與其吸光度A與吸光物質(zhì)的濃度c及吸收層厚度b成正比.測量時一般先以不含被測重金屬成分的空白溶液作參比，此時所測得的值作為基值。將帶有一定量重金屬成分的溶液(標(biāo)準(zhǔn)液或測量液)所測得的值作為模擬量。將模擬量除以基值并取對數(shù)就可以得出吸光度。所以基值和模擬量在計算吸光度時是一個極重要的參數(shù)，基值是否穩(wěn)定模擬量是否準(zhǔn)確將直接影響吸光度是否準(zhǔn)確(也將直接影響測量的結(jié)果)傳統(tǒng)的光電比色測量儀器的基本組成一般由光源、濾光片、比色皿、光電檢測及信號處理電路等五部分組成，圖I所示。可以看出，傳統(tǒng)的光電比色測量實際上是一個單發(fā)單收模式的光電耦合器，只不過傳輸?shù)慕橘|(zhì)是含有被測重金屬成分的溶液。在溶液的前面由LED光源發(fā)出一特定波長的光波經(jīng)過試劑衰減后被光電二極管接受。由于LED容易受溫度等因素的干擾，造成測量的不穩(wěn)定。雖然影響模擬量的因素比較復(fù)雜，但LED的變化對模擬量的測量影響也是很大的。雖然LED發(fā)光管的供電電源采用了及其穩(wěn)定的恒流源，但由于LED的特性所致，LED的波長及光的強(qiáng)度極易受溫度等因素的干擾，造成測量的不穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種重金屬在線監(jiān)測儀的光電檢測電路，在傳統(tǒng)的光電比色測量方法中，加裝一個用于監(jiān)測光信號穩(wěn)定性的電路并組成閉環(huán)控制回路以提高重金屬在線監(jiān)測儀的測量精度。按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述的重金屬在線監(jiān)測儀的光電檢測電路，包括LED光源、第一光電二極管，LED光源與第一光電二極管位于比色皿兩側(cè),第一光電二極管接收LED光源的光線，第一光電二極管兩端連接測量數(shù)據(jù)的信號處理電路，還包括第二光電二極管，所述第二光電二極管與LED光源位于比色皿同側(cè)，接收LED光源的光線，第二光電二極管陰極連接電源正極，第二光電二極管陽極與基準(zhǔn)電壓源分別連接比較放大電路的兩個輸入端，基準(zhǔn)電壓源的輸入電壓為電源電壓，比較放大電路的輸出端通過輸出恒流調(diào)節(jié)電路連接LED光源。所述第二光電二極管陽極通過一個電壓跟隨器連接比較放大電路的負(fù)輸入端，第二光電二極管陽極還通過第六電阻接地。所述基準(zhǔn)電壓源包括電源正極通過第七電阻連接基準(zhǔn)穩(wěn)壓 二極管陰極，基準(zhǔn)穩(wěn)壓二極管陽極接地，基準(zhǔn)穩(wěn)壓二極管陰極依次連接第八電阻、可變電阻和第十電阻到地，可變電阻的調(diào)節(jié)端連接比較放大電路的正輸入端。所述比較放大電路包括第一運算放大器的負(fù)輸入端和輸出端之間并聯(lián)第四電阻和電容，第一運算放大器的正輸入端連接基準(zhǔn)電壓源。所述輸出恒流調(diào)節(jié)電路包括第二運算放大器的負(fù)輸入端連接LED光源的陰極，并通過第二電阻接地，第二運算放大器的正輸入端連接比較放大電路的輸出端，第二運算放大器的輸出端連接三極管基極，三極管集電極接電源正極，三極管發(fā)射極通過第一電阻連接LED光源的陽極。本實用新型的優(yōu)點是采用了一個測量用的光電二極管和一個檢測用的光電二極管，構(gòu)成了一個閉環(huán)的測量電路。因而經(jīng)過改進(jìn)后的光電檢測電路大大的提高了儀器的測
量精度。

圖I是現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。本光電檢測裝置是一套用于重金屬在線監(jiān)測儀比色測量中對發(fā)光管LED的光信號進(jìn)行監(jiān)測以及在光電轉(zhuǎn)換過程中作自動控制及調(diào)節(jié)的裝置。該裝置是一套簡單實用的但控制是閉環(huán)的，因而是實時的連續(xù)的。要實現(xiàn)以上的目標(biāo)，該光電檢測裝置采用的是一個LED發(fā)光管、二個特性相同的光電二極管。LED發(fā)光管與外界隔有濾光片。其中一個光電二極管作為正常的測量用，另一個光電二極管作為光電檢測用。二個光電二極管所安裝的位置是特定的。測量用的光電二極管必須裝在比色皿(即被測液體)的后面，這樣就能正常的測量到被測液體的變化；而作為檢測用的光電二極管必須裝在比色皿(即被測液體)的前面，這樣就不會受到被測液體的變化的影響。監(jiān)測光信號穩(wěn)定性的方法是，由檢測用的光電二極管監(jiān)測發(fā)光管LED的變化，再與精密的基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行比較，將差值信號放大后回過頭去調(diào)節(jié)發(fā)光管的工作電流，以達(dá)到一個穩(wěn)定的輸出的目的。整套裝置所包含的部分是安裝檢測用的光電二極管的支架部分；控制電路部分包含LED光電監(jiān)測、基準(zhǔn)壓電源、比較放大電路以及輸出恒流調(diào)節(jié)電路。如圖2所示，本實用新型包括LED光源、第一光電二極管，LED光源與第一光電二極管位于比色皿兩側(cè)，第一光電二極管接收LED光源的光線，第一光電二極管兩端連接測量數(shù)據(jù)的信號處理電路，還包括第二光電二極管，所述第二光電二極管與LED光源位于比色皿同側(cè)，接收LED光源的光線，第二光電二極管陰極連接電源正極，第二光電二極管陽極與基準(zhǔn)電壓源分別連接比較放大電路的兩個輸入端，基準(zhǔn)電壓源的輸入電壓為電源電壓，但基準(zhǔn)電壓源的溫度系數(shù)及穩(wěn)定度取決于基準(zhǔn)穩(wěn)壓二極管，比較放大電路的輸出端通過輸出恒流調(diào)節(jié)電路連接LED光源。圖I所示現(xiàn)有技術(shù)的光電比色測量電路實際上是一個開環(huán)的測量電路。本光電檢測電路在試劑的前方增加一個用于反饋的光電接受電路用于監(jiān)測LED的變化并與精密電源進(jìn)行比較，對LED的光信號作必要的補(bǔ)償，從而達(dá)到提高測量精度的目的。此外，由于采用了二個性能相同的光電二極管檢測器，從理論上來說當(dāng)LED光源(發(fā)光二極管)受到溫度等因素的干擾時，對二個光電二極管檢測器產(chǎn)生的影響應(yīng)該是同步的。這樣就有可能采取措施將其影響抵消或減少。 由于作為檢測用的光電二極管是裝在比色皿之前，因而它不受比色皿內(nèi)溶液的影響而只受LED發(fā)光管的影響；而作為測量用的光電二極管是裝在比色皿之后，它除了受LED發(fā)光管的影響外，還受比色皿內(nèi)溶液的影響。當(dāng)將LED發(fā)光管光信號漂移的影響盡可能的抵消或減少后，它的輸出主要取決于比色皿內(nèi)溶液的濃度。這樣就大大的提高了儀器的測
量精度。本實用新型的具體電路如圖3所示。第二光電二極管陽極通過一個電壓跟隨器(由運算放大器U1/1構(gòu)成)連接比較放大電路的負(fù)輸入端，第二光電二極管陽極還通過第六電阻R6接地。所述基準(zhǔn)電壓源包括電源正極通過第七電阻R7連接基準(zhǔn)穩(wěn)壓二極管D3陰極，基準(zhǔn)穩(wěn)壓二極管D3陽極接地，基準(zhǔn)電壓源依次連接第八電阻R8、可變電阻R9和第十電阻RlO到地，可變電阻R9的調(diào)節(jié)端連接比較放大電路的正輸入端。所述比較放大電路包括第一運算放大器U2/1的負(fù)輸入端和輸出端之間并聯(lián)第四電阻R4和電容C，第一運算放大器U2/1的正輸入端連接基準(zhǔn)電壓源。所述輸出恒流調(diào)節(jié)電路包括第二運算放大器U2/2的負(fù)輸入端連接LED光源的陰極，并通過第二電阻R2接地，第二運算放大器U2/2的正輸入端連接比較放大電路的輸出端，第二運算放大器U2/2的輸出端連接三極管Q基極，三極管Q集電極接電源正極，三極管Q發(fā)射極通過第一電阻Rl連接LED光源的陽極。本實用新型電路的調(diào)整及使用方法如下。I.先用固定輸出的恒流源選擇一個合適的輸出代替本裝置的輸出。2.調(diào)節(jié)重金屬在線監(jiān)測儀放大器的放大倍數(shù)，使測量到的基值在一個合適的位置。3.用電壓表測量運算放大器U1/1同相輸入端的電壓值，如果裝置的光電二極管安裝的位置合適，該電壓值應(yīng)該與恒流源的輸出相對應(yīng)，比如當(dāng)恒流源電流在IOmA時，該電壓值大概在I. 25V左右。由于是閉環(huán)自動調(diào)節(jié)，所以該電壓值不需要很嚴(yán)格，但也要七八不離十。目的是驗證光電二極管的安裝位置是否合適使其有一個較適當(dāng)?shù)姆答伭俊?.將固定輸出的恒流源去掉，改用本裝置的恒流輸出，此時重金屬在線監(jiān)測儀顯示的基值會發(fā)送改變。可以調(diào)節(jié)本裝置基準(zhǔn)電壓源的可調(diào)電位器，使重金屬的基值回到原來所需要的數(shù)值。5.調(diào)整完成，電路將進(jìn)入自動控制狀態(tài)。
權(quán)利要求1.重金屬在線監(jiān)測儀的光電檢測電路，包括LED光源、第一光電二極管，LED光源與第一光電二極管位于比色皿兩側(cè)，第一光電二極管接收LED光源的光線，第一光電二極管兩端連接測量數(shù)據(jù)的信號處理電路，其特征是還包括第二光電二極管，所述第二光電二極管與LED光源位于比色皿同側(cè)，接收LED光源的光線，第二光電二極管陰極連接電源正極，第二光電二極管陽極與基準(zhǔn)電壓源分別連接比較放大電路的兩個輸入端，基準(zhǔn)電壓源的輸入電壓為電源電壓，比較放大電路的輸出端通過輸出恒流調(diào)節(jié)電路連接LED光源。
2.如權(quán)利要求I所述重金屬在線監(jiān)測儀的光電檢測電路，其特征是，所述第二光電二極管陽極通過一個電壓跟隨器連接比較放大電路的負(fù)輸入端，第二光電二極管陽極還通過第六電阻(R6)接地。
3.如權(quán)利要求I所述重金屬在線監(jiān)測儀的光電檢測電路，其特征是，所述基準(zhǔn)電壓源包括電源正極通過第七電阻(R7)連接基準(zhǔn)穩(wěn)壓二極管(D3)陰極，基準(zhǔn)穩(wěn)壓二極管(D3)陽極接地，基準(zhǔn)穩(wěn)壓二極管(D3)陰極依次連接第八電阻(R8)、可變電阻(R9)和第十電阻(RlO)到地，可變電阻(R9)的調(diào)節(jié)端連接比較放大電路的正輸入端。
4.如權(quán)利要求2所述重金屬在線監(jiān)測儀的光電檢測電路，其特征是，所述比較放大電路包括第一運算放大器(U2/1)的負(fù)輸入端和輸出端之間并聯(lián)第四電阻(R4)和電容(C)，第一運算放大器(U2/1)的正輸入端連接基準(zhǔn)電壓源。
5.如權(quán)利要求I所述重金屬在線監(jiān)測儀的光電檢測電路，其特征是，所述輸出恒流調(diào)節(jié)電路包括第二運算放大器(U2/2)的負(fù)輸入端連接LED光源的陰極，并通過第二電阻(R2)接地，第二運算放大器(U2/2)的正輸入端連接比較放大電路的輸出端，第二運算放大器(U2/2)的輸出端連接三極管(Q)基極，三極管(Q)集電極接電源正極，三極管(Q)發(fā)射極通過第一電阻(Rl)連接LED光源的陽極。
專利摘要本實用新型提供了一種重金屬在線監(jiān)測儀的光電檢測電路，包括LED光源、第一光電二極管，LED光源與第一光電二極管位于比色皿兩側(cè)，第一光電二極管接收LED光源的光線，第一光電二極管兩端連接測量數(shù)據(jù)的信號處理電路，還包括第二光電二極管，所述第二光電二極管與LED光源位于比色皿同側(cè)，接收LED光源的光線，第二光電二極管陰極連接電源正極，第二光電二極管陽極與基準(zhǔn)電壓源分別連接比較放大電路的兩個輸入端，基準(zhǔn)電壓源的輸入電壓為電源電壓，比較放大電路的輸出端通過輸出恒流調(diào)節(jié)電路連接LED光源。優(yōu)點是采用了一個測量用的光電二極管和一個檢測用的光電二極管，構(gòu)成了一個閉環(huán)的測量電路，大大的提高了儀器的測量精度。
文檔編號G01N21/27GK202631420SQ20122025504
公開日2012年12月26日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
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