一種在線式自校準(zhǔn)水質(zhì)濁度檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在線式自校準(zhǔn)水質(zhì)濁度檢測(cè)系統(tǒng)，屬于環(huán)保測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。本檢測(cè)系統(tǒng)包括光源、準(zhǔn)直透鏡、校正光路和測(cè)量光路。光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡后變成平行光，平行光依次透過(guò)校正光路中的標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道和測(cè)量光路中的待測(cè)水樣通道，產(chǎn)生的90°散射光經(jīng)過(guò)聚焦透鏡照射到光探測(cè)器上；光探測(cè)器將接收光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)字轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，處理器對(duì)接收的兩路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算，得到待測(cè)水質(zhì)濁度并顯示。本發(fā)明檢測(cè)系統(tǒng)，能顯著抑制雜散光等噪聲對(duì)濁度測(cè)量的影響，有效提高濁度檢測(cè)的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】一種在線式自校準(zhǔn)水質(zhì)濁度檢測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在線式自校準(zhǔn)水質(zhì)濁度檢測(cè)系統(tǒng)，屬于環(huán)保測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)飲用水水質(zhì)的要求也越來(lái)越高。濁度是表征水 樣質(zhì)量的重要參數(shù)之一，因此對(duì)水質(zhì)進(jìn)行在線檢測(cè)具有十分重要的意義。
[0003] 濁度測(cè)量通常是檢測(cè)樣品的90°散射光的量，散射光強(qiáng)度越大，表示樣品的濁度 越大。目前國(guó)際上存在兩種檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：USEPA180. 1和IS07027。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采用不同的光源， USEPA180. 1標(biāo)準(zhǔn)采用400?600nm峰值波長(zhǎng)的鎢燈為光源，IS07027標(biāo)準(zhǔn)采用860nm峰值 波長(zhǎng)的LED為光源。由于散射作用對(duì)400?600nm的光較為敏感，所以USEPA180. 1標(biāo)準(zhǔn)具 有較好的敏感度。由于860nm的紅外光基本不受水樣色度的影響，所以IS07027標(biāo)準(zhǔn)的抗 干擾能力比較強(qiáng)。本發(fā)明對(duì)這兩種標(biāo)準(zhǔn)均適用。
[0004] 濁度檢測(cè)對(duì)光源的強(qiáng)度穩(wěn)定性要求較高，光源的強(qiáng)度波動(dòng)和長(zhǎng)期使用后的強(qiáng)度衰 減直接影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，在實(shí)際的檢測(cè)中要求定期進(jìn)行人工校準(zhǔn)或更換光源。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種在線式自校準(zhǔn)水質(zhì)濁度檢測(cè)系統(tǒng)，以消除已有的水質(zhì)濁 度測(cè)試過(guò)程中存在的光源強(qiáng)度波動(dòng)和強(qiáng)度衰減對(duì)濁度測(cè)量結(jié)果的影響，提高水質(zhì)濁度的檢 測(cè)精度和檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性。
[0006] 本發(fā)明提出的在線式自校準(zhǔn)水質(zhì)濁度檢測(cè)系統(tǒng)，包括光源、準(zhǔn)直透鏡、校正光路和 測(cè)量光路，所述的校正光路包括標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道、第一聚焦透鏡、第一濾光片和第一光探 測(cè)器，所述的測(cè)量光路包括待測(cè)水樣通道、第二聚焦透鏡、第二濾光片和第二光探測(cè)器；光 源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡后變成平行光，該平行光依次透過(guò)校正光路中的標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通 道和測(cè)量光路中的待測(cè)水樣通道，平行光照射到標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道中產(chǎn)生的90°散射光經(jīng) 過(guò)第一聚焦透鏡和第一濾光片后照射到光探測(cè)器上；平行光照射到待測(cè)水樣通道中產(chǎn)生的 90°散射光經(jīng)過(guò)第二聚焦透鏡和第二濾光片，照射到第二光探測(cè)器上；所述的第一光探測(cè) 器和第二光探測(cè)器分別將接收的第一路光信號(hào)和第二路轉(zhuǎn)化為第一路電信號(hào)和第二路電 信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)字轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換成第一路數(shù)字信號(hào)和第二路數(shù)字信號(hào)所述的傳輸給處理器對(duì) 接收的第一路數(shù)字信號(hào)和第二路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算，得到待測(cè)水質(zhì)濁度，并將待測(cè)水 質(zhì)濁度發(fā)送至所述的顯示器上進(jìn)行顯示。
[0007] 本發(fā)明提出的在線式自校準(zhǔn)水質(zhì)濁度檢測(cè)系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是：
[0008] 1、本發(fā)明的水質(zhì)濁度檢測(cè)系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道31和待測(cè)水樣通道41為空 氣時(shí)，校正用光探測(cè)器34和測(cè)量用光探測(cè)器44得到的是噪聲信號(hào)；標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道和測(cè) 量用水樣通道內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣和待測(cè)水樣時(shí)，校正用光探測(cè)器和測(cè)量用光探測(cè)器得到的 是標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣和待檢水樣的檢測(cè)信號(hào)。檢測(cè)信號(hào)與噪聲信號(hào)做差減后得到有效信號(hào)，能 顯著抑制雜散光等噪聲對(duì)濁度測(cè)量的影響。
[0009] 2、利用本發(fā)明的水質(zhì)濁度檢測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量的濁度值與待檢水樣和標(biāo)準(zhǔn)水樣有效信 號(hào)的比值成正比，不受光源強(qiáng)度波動(dòng)或衰減的影響，能夠有效提高濁度檢測(cè)的準(zhǔn)確度和長(zhǎng) 期穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是本發(fā)明提出的在線式自校準(zhǔn)水質(zhì)濁度檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖1中，1是光源，2是準(zhǔn)直透鏡，3是校正光路，4是測(cè)量光路，5是數(shù)字轉(zhuǎn)換器，6 是處理器，7是顯示器。校正光路3中，31是標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道，32是第一聚焦透鏡，33是 第一濾光片，34是第一光探測(cè)器。測(cè)量光路4中，41是待測(cè)水樣通道，42是第二聚焦透鏡， 43是第二濾光片，44是第二光探測(cè)器。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 本發(fā)明提出的在線式自校準(zhǔn)水質(zhì)濁度檢測(cè)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括光源1、 準(zhǔn)直透鏡2、校正光路3和測(cè)量光路4。校正光路3包括標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道31、第一聚焦透 鏡32、第一濾光片33和第一光探測(cè)器34。測(cè)量光路4包括待測(cè)水樣通道41、第二聚焦透 鏡42、第二濾光片43和第二光探測(cè)器44。光源1發(fā)出的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡2后變成平行光， 該平行光依次透過(guò)校正光路中的標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道31和測(cè)量光路中的待測(cè)水樣通道41， 標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道31中充滿濁度已知的標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣，待測(cè)水樣通道41中充滿待測(cè)水樣。 平行光照射到標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道31中產(chǎn)生的90°散射光經(jīng)過(guò)第一聚焦透鏡32和第一濾光 片33后照射到光探測(cè)器34上；平行光照射到待測(cè)水樣通道41中產(chǎn)生的90°散射光經(jīng)過(guò) 第二聚焦透鏡42和第二濾光片43,照射到第二光探測(cè)器44上。第一光探測(cè)器34和第二光 探測(cè)器44分別將接收的第一路光信號(hào)和第二路轉(zhuǎn)化為第一路電信號(hào)和第二路電信號(hào)，經(jīng) 過(guò)數(shù)字轉(zhuǎn)換器5后轉(zhuǎn)換成第一路數(shù)字信號(hào)和第二路數(shù)字信號(hào)所述的傳輸給處理器6對(duì)接收 的第一路數(shù)字信號(hào)和第二路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算，得到待測(cè)水質(zhì)濁度，并將待測(cè)水質(zhì)濁 度發(fā)送至所述的顯示器7上進(jìn)行顯示。
[0013] 本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)中，光源1、標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道31和待測(cè)水樣通道41處于同一 平面上，光源1發(fā)出的光線先后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道31和待測(cè)水樣通道41。校正用光探 測(cè)器34和測(cè)量用光探測(cè)器44與光源均呈90°布置，光源在標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道31的90° 散射光由校正用光探測(cè)器34接收，光源在測(cè)量用水樣通道41的90°散射光由測(cè)量用光探 測(cè)器44接收。
[0014] 以下結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理和工作過(guò)程：
[0015] 步驟1，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道31、待測(cè)水樣通道41內(nèi)均為空氣時(shí)，設(shè)校正用光探測(cè) 器34和測(cè)量用光探測(cè)器44接收到的信號(hào)分別為110和120 ;
[0016] 步驟2,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道31內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣、待測(cè)水樣通道41內(nèi)為待檢水 樣時(shí)，設(shè)校正用光探測(cè)器34和測(cè)量用光探測(cè)器44接收到的信號(hào)分別為111和121 ;
[0017] 步驟3，得到待測(cè)水樣的濁度1'為。=〇(121-111)八120-110)，其中 〇為一個(gè) 比例系數(shù)，通過(guò)擬合方法確定：標(biāo)準(zhǔn)水樣通道內(nèi)的水樣不變，在待測(cè)水樣通道內(nèi)通入不同已 知濁度的水樣，通過(guò)擬合的方法確定α的值。
[0018] 本發(fā)明提出的水質(zhì)濁度檢測(cè)系統(tǒng)中，光源1可以使用中心波長(zhǎng)為860nm的LED燈。 光源1發(fā)出的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡2變成平行光，然后依次透過(guò)校正光路3中的標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣 通道31，和測(cè)量光路4中的待測(cè)水樣通道41。標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道31和待測(cè)水樣通道41 使用圓柱形石英玻璃管。標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道31中充滿濁度已知（如1NTU)的標(biāo)準(zhǔn)濁度水 樣，待測(cè)水樣通道41中充滿待測(cè)水樣。平行光照射到標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道31中產(chǎn)生的90° 散射光經(jīng)過(guò)聚焦透鏡32和濾光片33,照射到光探測(cè)器34上。平行光照射到待測(cè)水樣通道 41中產(chǎn)生的90°散射光經(jīng)過(guò)聚焦透鏡42和濾光片43,照射到光探測(cè)器44上。第一光探 測(cè)器34和第二光探測(cè)器44分別使用頻率輸出的硅光電二極管（TSL237，TAOS Inc.，USA)， 將校正信號(hào)和測(cè)量信號(hào)發(fā)送給數(shù)字轉(zhuǎn)換器。數(shù)字轉(zhuǎn)換器5可以使用頻率-數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器 (UFDC-1，Sensors Web Portal Inc.，Canada，）將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，發(fā)送給處理 器。處理器6可以使用嵌入式單片機(jī)（MSP430, Texas Instruments Inc.，USA),對(duì)校正信 號(hào)和測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果顯示在顯示器7上。
[0019] 光源1可以用鹵素鎢燈，也可用中心波長(zhǎng)為860nm的LED燈或激光器。標(biāo)準(zhǔn)濁度 水樣通道31和待測(cè)水樣通道41可以使用圓柱形石英玻璃管，也可使用矩形或其他形狀的 透明材料。標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道31中可充滿任意濁度值的標(biāo)準(zhǔn)水樣。濾光片可以使用，也可 不使用。光電探測(cè)器34和44可以使用其他類型輸出的光電轉(zhuǎn)換器件（如電壓輸出，電流 輸出，等）。根據(jù)光電轉(zhuǎn)換器的類型，選擇合適的數(shù)字轉(zhuǎn)換器，如AD轉(zhuǎn)換器，頻數(shù)轉(zhuǎn)換器，等。 處理器可采用單片機(jī)，也可采用計(jì)算機(jī)。
【權(quán)利要求】
1. 一種在線式自校準(zhǔn)水質(zhì)濁度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于該檢測(cè)系統(tǒng)包括光源、準(zhǔn)直透鏡、 校正光路和測(cè)量光路，所述的校正光路包括標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道、第一聚焦透鏡、第一濾光片 和第一光探測(cè)器，所述的測(cè)量光路包括待測(cè)水樣通道、第二聚焦透鏡、第二濾光片和第二 光探測(cè)器；光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡后變成平行光，該平行光依次透過(guò)校正光路中的標(biāo) 準(zhǔn)濁度水樣通道和測(cè)量光路中的待測(cè)水樣通道，平行光照射到標(biāo)準(zhǔn)濁度水樣通道中產(chǎn)生的 90°散射光經(jīng)過(guò)第一聚焦透鏡和第一濾光片后照射到光探測(cè)器上；平行光照射到待測(cè)水 樣通道中產(chǎn)生的90°散射光經(jīng)過(guò)第二聚焦透鏡和第二濾光片，照射到第二光探測(cè)器上；所 述的第一光探測(cè)器和第二光探測(cè)器分別將接收的第一路光信號(hào)和第二路轉(zhuǎn)化為第一路電 信號(hào)和第二路電信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)字轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換成第一路數(shù)字信號(hào)和第二路數(shù)字信號(hào)所述的 傳輸給處理器對(duì)接收的第一路數(shù)字信號(hào)和第二路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算，得到待測(cè)水質(zhì)濁 度，并將待測(cè)水質(zhì)濁度發(fā)送至所述的顯示器上進(jìn)行顯示。
【文檔編號(hào)】G01N21/49GK104122231SQ201410385221
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】杜桂彬 申請(qǐng)人:北京華源精益?zhèn)鞲屑夹g(shù)有限公司