雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x，包括信號(hào)處理單元，測(cè)量室，測(cè)量室內(nèi)設(shè)置有光源，其特征在于，在光源下方設(shè)置有半反半透鏡，半反半透鏡下方設(shè)置有準(zhǔn)直透鏡，測(cè)量室內(nèi)設(shè)置有探測(cè)器一，光源經(jīng)半反半透鏡反射后被探測(cè)器一接收并傳送至信號(hào)處理單元，光源經(jīng)半反半透鏡透射后經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡入射到被檢測(cè)水樣中，與平行光垂直的方向上設(shè)置有匯聚透鏡和探測(cè)器二，平行光經(jīng)被檢測(cè)水樣90°散射后的光線(xiàn)，經(jīng)匯聚透鏡匯聚被探測(cè)器二接收并傳送至信號(hào)處理單元，匯聚透鏡和探測(cè)器二位于被檢測(cè)水樣內(nèi)，準(zhǔn)直透鏡位于被檢測(cè)水樣上方，信號(hào)處理單元對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行處理，得到被檢測(cè)水樣的濁度值。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧，測(cè)量精度更高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x領(lǐng)域，尤其涉及雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x。
【背景技術(shù)】
[0002]濁度是水中的不同大小、比重、形狀的懸浮物、膠體物質(zhì)和微生物等雜質(zhì)對(duì)光所產(chǎn)生效應(yīng)的一種術(shù)語(yǔ)。濁度是表示水質(zhì)重要的物理外觀指標(biāo)之一，隨著我們生活水平的提高，水的“濁度”這一名詞已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)科研，而且也越來(lái)越走進(jìn)我們的生活。我國(guó)目前大多數(shù)使用透射光濁度測(cè)量?jī)x，因?yàn)閲?guó)產(chǎn)廠家生產(chǎn)的主要以這種類(lèi)型為主，而在國(guó)際上像英美日等國(guó)家，則以散射光濁度測(cè)量?jī)x(測(cè)90°散射光)居多。一般認(rèn)為，散射光濁度測(cè)量?jī)x從原理上更符合濁度的定義，而且在應(yīng)用上其對(duì)低濁度情況下的測(cè)量更加精準(zhǔn)，散射光濁度測(cè)量?jī)x相對(duì)于透射光濁度測(cè)量?jī)x更為合理。
[0003]隨著國(guó)家對(duì)飲用水水質(zhì)安全嚴(yán)格法規(guī)的建立，準(zhǔn)確的測(cè)量低濁度水樣的系統(tǒng)技術(shù)必須逐漸改善。為保證飲用水管網(wǎng)末梢濁度滿(mǎn)足2006年頒布《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006))1NTU以下的要求，水廠出廠水的濁度應(yīng)控制在0.5NTU左右。很多城市供水企業(yè)將出廠水內(nèi)控指標(biāo)控制在0.1NTU以下，以保證飲用水的微生物學(xué)安全。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年所需工業(yè)濁度測(cè)量?jī)x總量約1000臺(tái)左右，目前幾乎80%都是采用進(jìn)口儀器，而國(guó)外濁度測(cè)量?jī)x價(jià)格昂貴，零配件及維修費(fèi)用昂貴，還存在使用不方便等問(wèn)題。但是市面上國(guó)產(chǎn)濁度測(cè)量?jī)x在測(cè)量精度和測(cè)量效果上，與進(jìn)口儀器還存在很大差距，很難應(yīng)用到需要低量程甚至超低量程例如飲用水水質(zhì)監(jiān)測(cè)上去?，F(xiàn)有的采用雙光路檢測(cè)的濁度測(cè)量?jī)x，大多數(shù)采用分光束或多級(jí)透鏡組與擺鏡式光束分束裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儀器體積龐大不利于在小型水站的普及。本發(fā)明就是在超低量度上彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)的缺口，同時(shí)本發(fā)明自帶有GPRS數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，使小型水電站的建立更加的方便簡(jiǎn)單。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種能符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006》的超低量程水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x，采用雙光路散射式測(cè)量方法，測(cè)量精度更準(zhǔn)確，進(jìn)一步的，在濁度測(cè)量?jī)x上設(shè)計(jì)GPRS模塊，方便數(shù)據(jù)的傳輸通信，可以方便快捷的進(jìn)行小型水電站的建設(shè)。雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度準(zhǔn)確，具有良好的推廣前景。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x，包括信號(hào)處理單元，測(cè)量室，測(cè)量室內(nèi)設(shè)置有光源，其特征在于，在光源下方設(shè)置有一個(gè)與光軸成45°的、將光源發(fā)出的光分為兩束的半反半透鏡，半反半透鏡下方設(shè)置有準(zhǔn)直透鏡，測(cè)量室內(nèi)設(shè)置有探測(cè)器一，光源經(jīng)半反半透鏡反射后作為雙光路測(cè)量中的參考信號(hào)被探測(cè)器一接收并傳送至信號(hào)處理單元，光源經(jīng)半反半透鏡透射后再經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡形成平行光平行入射到被檢測(cè)水樣中，在與平行光垂直的方向上設(shè)置有匯聚透鏡和探測(cè)器二，平行光經(jīng)被檢測(cè)水樣90°散射后的光線(xiàn)，經(jīng)匯聚透鏡匯聚作為雙光路測(cè)量中的測(cè)量信號(hào)被探測(cè)器二接收并傳送至信號(hào)處理單元，匯聚透鏡和探測(cè)器二位于被檢測(cè)水樣內(nèi)，準(zhǔn)直透鏡位于被檢測(cè)水樣上方，信號(hào)處理單元對(duì)接收的參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理，得到被檢測(cè)水樣的濁度值。
[0006]水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x整體結(jié)構(gòu)比較精簡(jiǎn)，在光路設(shè)計(jì)上采用雙光路散射式測(cè)量方法，引入?yún)⒖脊庑盘?hào)，可為光源衰減補(bǔ)償，增加定標(biāo)后的有效工作時(shí)間，減少定標(biāo)維護(hù)工作量。不同粒徑的顆粒對(duì)光的散射是不同的，而只有與入射光中心線(xiàn)成直角(90° )的散射光強(qiáng)度對(duì)于不同粒徑的顆粒是相同的，而且散射光強(qiáng)度與濁度值成線(xiàn)性關(guān)系。所以本專(zhuān)利采用90°散射光強(qiáng)作為信號(hào)光強(qiáng)，與參考光強(qiáng)進(jìn)行比較，通過(guò)濁度值與散射光強(qiáng)的線(xiàn)性關(guān)系得出濁度值。信號(hào)處理單元對(duì)接收的參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理，使測(cè)量精度更加準(zhǔn)確。本發(fā)明采用獨(dú)到的半反半透鏡的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，儀器體積小巧，同時(shí)又能達(dá)到很高的測(cè)量精度，可以廣泛應(yīng)用在水站的飲用水濁度檢測(cè)。
[0007]進(jìn)一步的，還包括除氣泡裝置，所述除氣泡裝置包括若干個(gè)折流板，被檢測(cè)水樣流經(jīng)除氣泡裝置后進(jìn)入測(cè)量室。具有除氣泡裝置的濁度測(cè)量?jī)x可以有效減少水中氣泡對(duì)于結(jié)果的干擾，測(cè)量穩(wěn)定準(zhǔn)確，適合在低濁度、超低濁度水的精確測(cè)量。
[0008]進(jìn)一步的，還包括與信號(hào)處理單元相連的GPRS模塊，通過(guò)串口與信號(hào)處理單元通信，使用AT指令集作為GPRS模塊的通信協(xié)議。所述GPRS模塊可以對(duì)戶(hù)外監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，隨時(shí)隨地將被檢測(cè)水樣的濁度值傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，可以監(jiān)控到通信網(wǎng)絡(luò)所到達(dá)的任何地方。為用戶(hù)提供方便、穩(wěn)定、高速的數(shù)據(jù)傳輸。應(yīng)用于小型水站建設(shè)中，簡(jiǎn)單方便，尤其是對(duì)于農(nóng)村飲用水的濁度檢測(cè)，具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。
[0009]進(jìn)一步的，在探測(cè)器二的上端設(shè)置有用于阻擋光源直射光對(duì)探測(cè)器二接收測(cè)量信號(hào)干擾的擋板。主要是阻擋住光源的直接出射光線(xiàn)，減少其他光線(xiàn)對(duì)于散射光線(xiàn)接收的影響。
[0010]進(jìn)一步的，所述光源發(fā)出的光波長(zhǎng)在400?600nm之間。采用短波長(zhǎng)的光，對(duì)于小顆粒的散射更為敏感。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用獨(dú)到的半反半透鏡的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，儀器體積小巧，同時(shí)又能達(dá)到很高的測(cè)量精度，可以廣泛應(yīng)用在水站的飲用水濁度檢測(cè)。尤其適合在低濁度、超低濁度水的精確測(cè)量。自帶GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊，能夠快速準(zhǔn)確的將測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸，而不需要單獨(dú)建造傳輸設(shè)備，只需要應(yīng)用現(xiàn)有的GPRS網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x的側(cè)面示意圖；
圖2為本發(fā)明雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x的的俯視圖；
圖3為系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易不意圖；
圖4為GPRS模塊通信電路的一個(gè)實(shí)施方案；
圖5為系統(tǒng)軟件流程圖；
附圖的標(biāo)記含義如下:
1:測(cè)量室；2:匯聚透鏡；3:探測(cè)器二 ；4:擋板；5:準(zhǔn)直透鏡；6:光源；7:除氣泡裝置；8:控制單元；9:信號(hào)處理單元；10:入水管道；11:入水閥門(mén)；12:出水閥門(mén)；13:半反半透鏡；14:探測(cè)器一 ；15:水位線(xiàn)；16:溢水口?！揪唧w實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0014]如圖1所示，雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x，包括信號(hào)處理單元9，測(cè)量室1，測(cè)量室I內(nèi)設(shè)置有光源6，圖中是LED光源6，優(yōu)選光源6發(fā)出的光波長(zhǎng)在400?600nm之間，采用短波長(zhǎng)的光，對(duì)于小顆粒的散射更為敏感。在光源6下方設(shè)置有一個(gè)與光軸成45°的半反半透鏡13，半反半透鏡13下方設(shè)置有準(zhǔn)直透鏡5，測(cè)量室I內(nèi)設(shè)置有探測(cè)器一 14，半反半透鏡13將光源6所發(fā)出的光分為兩束，光源6經(jīng)半反半透鏡13反射后作為雙光路測(cè)量中的參考信號(hào)被探測(cè)器一 14接收并傳送至信號(hào)處理單元8，光源6經(jīng)半反半透鏡13透射后再經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡5形成平行光平行入射到被檢測(cè)水樣中。根據(jù)散射光理論，不同粒徑的顆粒對(duì)光的散射是不同的，而只有與入射光中心線(xiàn)成直角(90° )的散射光強(qiáng)度對(duì)于不同粒徑的顆粒是相同的，而且散射光強(qiáng)度與濁度值成線(xiàn)性關(guān)系。所以本專(zhuān)利采用90°散射光強(qiáng)作為信號(hào)光強(qiáng)，與參考光強(qiáng)進(jìn)行比較，通過(guò)濁度值與散射光強(qiáng)的線(xiàn)性關(guān)系得出濁度值。在與平行光垂直的方向上設(shè)置有匯聚透鏡2和探測(cè)器二 3，平行光經(jīng)被檢測(cè)水樣90°散射后的光線(xiàn)，經(jīng)匯聚透鏡2匯聚作為雙光路測(cè)量中的測(cè)量信號(hào)被探測(cè)器二 3接收并傳送至信號(hào)處理單元
8。匯聚透鏡2和探測(cè)器二 3位于被檢測(cè)水樣內(nèi)，準(zhǔn)直透鏡5位于被檢測(cè)水樣上方，信號(hào)處理單元8對(duì)接收的參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)進(jìn)行比較、處理，得到被檢測(cè)水樣的濁度值。由于探測(cè)器一 14和探測(cè)器二 3接收到的信號(hào)比較弱，因此可以先將探測(cè)器一 14和探測(cè)器二 3接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)控制單元8放大處理后傳送給信號(hào)處理單元8處理，另外控制單元8還控制著電源的發(fā)射。圖2是其俯視圖。在光路設(shè)計(jì)上采用雙光路散射式測(cè)量方法，使測(cè)量精度更加準(zhǔn)確。本發(fā)明采用獨(dú)到的半反半透鏡13的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，儀器體積小巧，同時(shí)又能達(dá)到很高的測(cè)量精度，可以廣泛應(yīng)用在水站的飲用水濁度檢測(cè)。
[0015]進(jìn)一步的，雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x，還包括除氣泡裝置7，除氣泡裝置7包括若干個(gè)折流板，測(cè)量時(shí)，被檢測(cè)水樣通過(guò)入水閥門(mén)11經(jīng)過(guò)入水管道10進(jìn)入到除氣泡裝置7，流經(jīng)除氣泡裝置7后水流可以讓氣泡附著在折流板的表面上，或者上升到水面，進(jìn)入空氣中。具有除氣泡裝置7的濁度測(cè)量?jī)x可以有效減少水中氣泡對(duì)于結(jié)果的干擾，測(cè)量穩(wěn)定準(zhǔn)確，適合在低濁度、超低濁度水的精確測(cè)量。經(jīng)過(guò)除氣泡裝置7以后，被檢測(cè)水樣流入測(cè)量室I。相對(duì)應(yīng)的，在測(cè)量室I的一側(cè)設(shè)置有可控制被檢測(cè)水樣水位高度的溢水口 16，可以控制測(cè)量室I中的被檢測(cè)水樣水位高度恒定在如圖所示15的位置，使之沒(méi)過(guò)匯聚透鏡2和探測(cè)器二 3，但不會(huì)將準(zhǔn)直透鏡5淹沒(méi)，以保證探測(cè)器一 14接收到的就是參考光線(xiàn)，不會(huì)有散射光線(xiàn)進(jìn)入，同時(shí)探測(cè)器二 3接收到的是經(jīng)過(guò)被檢測(cè)水樣散射的光線(xiàn)。優(yōu)選在探測(cè)器二 3的上端設(shè)置有用于阻擋光源6直射光對(duì)探測(cè)器二 3接收測(cè)量信號(hào)干擾的擋板4。進(jìn)一步提高測(cè)量精度。同時(shí)該發(fā)明還設(shè)有出水閥門(mén)12，當(dāng)測(cè)量結(jié)束時(shí)可以將測(cè)量小室I中的水排掉。
[0016]進(jìn)一步的，雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x，還包括與信號(hào)處理單元8相連的GPRS模塊9。信號(hào)處理單元8可以是單片機(jī)，GPRS模塊通過(guò)串口與單片機(jī)相連，使用AT指令集作為GPRS模塊的通信協(xié)議。GPRS模塊可以對(duì)戶(hù)外監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，隨時(shí)隨地將被檢測(cè)水樣的濁度值傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，可以監(jiān)控到通信網(wǎng)絡(luò)所到達(dá)的任何地方。為用戶(hù)提供方便、穩(wěn)定、高速的數(shù)據(jù)傳輸。應(yīng)用于小型水站建設(shè)中，簡(jiǎn)單方便，尤其是對(duì)于農(nóng)村飲用水的濁度檢測(cè)，具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。
[0017]如圖3所示，是系統(tǒng)的概述原理圖。通過(guò)單片機(jī)利用脈沖波控制光源的發(fā)射，雙光路兩個(gè)探測(cè)器所采集到的電信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波放大處理后進(jìn)入到單片機(jī)。所采集到的信號(hào)在單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)算處理，通過(guò)出廠前定標(biāo)的濁度值與光強(qiáng)信號(hào)的線(xiàn)性關(guān)系，計(jì)算出被測(cè)水樣的濁度值。單片機(jī)最后將測(cè)量結(jié)果發(fā)送至GPRS模塊，啟動(dòng)GPRS模塊接入internet最終將測(cè)量結(jié)果發(fā)送至監(jiān)控中心。圖4是GPRS模塊通信電路的其中一個(gè)方案，采用12C5A60S2單片機(jī)和SIM300無(wú)線(xiàn)通信模塊構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端。圖5為該系統(tǒng)的軟件流程圖。通過(guò)單片機(jī)控制處理，實(shí)現(xiàn)濁度值的實(shí)時(shí)測(cè)量和傳輸。
[0018]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或者等效流程變換，或者直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x，包括信號(hào)處理單元，測(cè)量室，測(cè)量室內(nèi)設(shè)置有光源，其特征在于，在光源下方設(shè)置有一個(gè)與光軸成45°的、將光源發(fā)出的光分為兩束的半反半透鏡，半反半透鏡下方設(shè)置有準(zhǔn)直透鏡，測(cè)量室內(nèi)設(shè)置有探測(cè)器一，光源經(jīng)半反半透鏡反射后作為雙光路測(cè)量中的參考信號(hào)被探測(cè)器一接收并傳送至信號(hào)處理單元，光源經(jīng)半反半透鏡透射后再經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡形成平行光平行入射到被檢測(cè)水樣中，在與平行光垂直的方向上設(shè)置有匯聚透鏡和探測(cè)器二，平行光經(jīng)被檢測(cè)水樣90°散射后的光線(xiàn)，經(jīng)匯聚透鏡匯聚作為雙光路測(cè)量中的測(cè)量信號(hào)被探測(cè)器二接收并傳送至信號(hào)處理單元，匯聚透鏡和探測(cè)器二位于被檢測(cè)水樣內(nèi)，準(zhǔn)直透鏡位于被檢測(cè)水樣上方，信號(hào)處理單元對(duì)接收的參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理，得到被檢測(cè)水樣的濁度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x，其特征在于，還包括除氣泡裝置，所述除氣泡裝置包括若干個(gè)折流板，被檢測(cè)水樣流經(jīng)除氣泡裝置后進(jìn)入測(cè)量室。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x，其特征在于，還包括與信號(hào)處理單元相連的GPRS模塊，所述GPRS模塊將被檢測(cè)水樣的濁度值實(shí)時(shí)傳輸出去。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x，其特征在于，在探測(cè)器二的上端設(shè)置有用于阻擋光源直射光對(duì)探測(cè)器二接收測(cè)量信號(hào)干擾的擋板。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x，其特征在于，在測(cè)量室的一側(cè)設(shè)置有可控制被檢測(cè)水樣水位高度的溢水口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x，其特征在于，在測(cè)量室外部設(shè)置有入水管道和入水閥門(mén)，被檢測(cè)水樣通過(guò)入水閥門(mén)經(jīng)過(guò)入水管道進(jìn)入到除氣泡裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x，其特征在于，還設(shè)置有控制單元，所述控制單元用于控制電源的發(fā)射并將探測(cè)器一、探測(cè)器二接收到的信號(hào)放大處理后傳送給信號(hào)處理單元處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的雙光路散射水質(zhì)濁度測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述光源發(fā)出的光波長(zhǎng)在400?600nm之間。
【文檔編號(hào)】G01N21/49GK103454252SQ201310391422
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】姚軍, 李偉, 費(fèi)霞, 王宇琪, 趙亞亭, 薛偉強(qiáng), 張雅婧 申請(qǐng)人:蘇州奧特福環(huán)境科技有限公司