專利名稱：雙光束補(bǔ)償濁度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儀器，是一種利用光學(xué)手段分析監(jiān)測液體質(zhì)量的濁度儀。
液體的混濁度是判別液體質(zhì)量的重要指標(biāo)。如，直接關(guān)系到人民身體健康的自來水，判斷水質(zhì)好壞的重要指標(biāo)之一是濁度，我國對此要求達(dá)到0.1-0.2度;日本要求小于2度;美國標(biāo)準(zhǔn)要求小于1JTU;歐共體要求小于1mg/L。濁度指標(biāo)同樣也是啤酒、飲料、酒類制品質(zhì)量的最主要指標(biāo)之一。當(dāng)前，在工業(yè)生產(chǎn)中用以測量液體濁度的較為先進(jìn)的在線測量儀器是散射式濁度儀，并采用福爾馬啶(甲
)濁度標(biāo)準(zhǔn)液定標(biāo)。瑞士SIGRIST公司的雙光束補(bǔ)償濁度儀，在性能上具有較高的水平，它包括雙光路光學(xué)系統(tǒng)、具有人射和測量四個(gè)窗口的液料槽、光電接收器、由微機(jī)控制的反饋、處理及顯示裝置等部件，其雙光路光學(xué)系統(tǒng)是，由燈源發(fā)出的可見光經(jīng)透鏡組、反射鏡組及擺鏡式光束分束裝置把單束入射光束分解成兩束光，兩束光中其一路光束為參考光束，從擺鏡發(fā)出的此路光束再由反射鏡反射至具有轉(zhuǎn)鏡的光束線性衰減器，并進(jìn)一步經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)濁度板、反射鏡及透鏡后射向液料槽;另一路為測量光束，它從擺鏡發(fā)出經(jīng)反射鏡及一組透鏡組后傳送至液料槽。測量光束和參考光束在液料槽前幾成平行光束，但進(jìn)入液料槽時(shí)從兩互成直角的窗口射入，參考光束在槽內(nèi)被散射后從液料槽之測量窗口通過并到達(dá)光電接收器，測量光束在液料槽內(nèi)作90度散射后也到達(dá)接收器，當(dāng)兩束散射光光強(qiáng)相等時(shí)，接收器將輸出穩(wěn)定的直流電平，若不等，則輸出呈脈動(dòng)狀的直流電平，經(jīng)放大、處理、反饋調(diào)節(jié)光學(xué)線性衰減器，可使脈動(dòng)消失，生成穩(wěn)定的直流電平，此時(shí)，經(jīng)過濁度板的參考光束的前向散射量可取代測量光束的90度散射量，此刻，濁度板的額定值和線性衰減器的線性衰減率的積即為該液料的濁度值，并由顯示器顯示出來。這種結(jié)構(gòu)的濁度儀，因可調(diào)整使測量光束和參考光束在液料槽內(nèi)有相同的光強(qiáng)，因此能自動(dòng)消除液料色度、液料槽窗口污染及光源光量變動(dòng)等給測量結(jié)果帶來的不利影響。該儀器的性能達(dá)到示值誤差為±5%F.S，重復(fù)性0.2-1%F.S，允許流速0.2-2L/mim，但該儀器的光路極為復(fù)雜，機(jī)械結(jié)構(gòu)精度要求高，結(jié)構(gòu)上抗震能力差，長期在線使用導(dǎo)致儀器穩(wěn)定性差。如，該儀器的光學(xué)系統(tǒng)中為獲得兩束幾成平行的光束，必須把燈源發(fā)出的光經(jīng)六次反射，則在該儀器的光路中具有多塊反射鏡，裝配工藝要求較高，并且，抗震性不好，影響儀器的穩(wěn)定性;把單束光源分解成兩束光的光學(xué)器件是一種以每秒鐘600次速度擺動(dòng)的擺鏡，并且其擺動(dòng)范圍必須控制在7度內(nèi)，這種擺鏡的機(jī)械精度相當(dāng)高，在線使用時(shí)稍有誤差即發(fā)生光束偏離，調(diào)整相當(dāng)困難;再如，本儀器中的光束線性衰減器是由受微機(jī)控制的轉(zhuǎn)鏡及一組光學(xué)透鏡構(gòu)成，當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)鏡的傾斜角度時(shí)即調(diào)整通往透鏡組的光通量，使這一路參考光束到達(dá)液料槽的光強(qiáng)與測量光束的光強(qiáng)相等，在控制系統(tǒng)中則反映出接收器中輸出穩(wěn)定的直流電平。如此所說的光束線性衰減器，是一種采用多次反射系統(tǒng)加轉(zhuǎn)鏡的辦法對參考光束強(qiáng)作線性衰減的控制方法，對轉(zhuǎn)鏡的定位精度要求相當(dāng)高，并且必須加寬轉(zhuǎn)動(dòng)的線性角范圍，這將伴隨帶來象點(diǎn)的移動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的松散，對裝校也帶來一定困難;加之該儀器在在線測量中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的工作方式，使得高速擺動(dòng)的擺鏡及轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鏡機(jī)械磨損加快，影響儀器的精度和使用壽命。
本發(fā)明的目的是為了提供一種光路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊可靠、裝校方便、反饋調(diào)整精確，適合于在線監(jiān)測液體介質(zhì)混濁度的雙光束補(bǔ)償濁度儀。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明對雙光路光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)置的把單光束分解為雙光束的光束分束裝置和由微機(jī)控制調(diào)節(jié)其中一束參考光束光量的光束線性衰減器作了新的設(shè)計(jì)，光束分束裝置采用光調(diào)制器，光束線性衰減器采用機(jī)械式光束調(diào)隙機(jī)構(gòu)。則本發(fā)明濁度儀的光路為由螺旋形燈絲白熾燈發(fā)出的可見光經(jīng)濾色透鏡組后成為寬帶準(zhǔn)單色光，此一束準(zhǔn)單色光成象在轉(zhuǎn)動(dòng)的光調(diào)制盤上后透、反成兩束光，透過此光調(diào)制盤的一束光為測量光束，經(jīng)透鏡、零校板后通往液料槽并發(fā)生90度散射，此散射光則通過液料槽的測量窗口由光電接收器接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào);從光調(diào)制盤上反射的一束光為參考光束，經(jīng)反射鏡后以與測量光束相平行的光路通往光束線性衰減器，再經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)濁度板和透鏡、反射鏡后垂直折向液料槽并發(fā)生散射，此散射光通過同一液料槽測量窗口、由同一接收器接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。當(dāng)接收器接收的兩束散射光光強(qiáng)相同時(shí)，接收器輸出穩(wěn)定的直流電平，若不等，則微機(jī)控制系統(tǒng)將調(diào)整光束線性衰減器，使兩束散射光光強(qiáng)達(dá)到相同，并同時(shí)測得參考光束光強(qiáng)的衰減百分?jǐn)?shù)，并顯示出被測液體的濁度(衰減百分?jǐn)?shù)乘以標(biāo)準(zhǔn)濁度板名義值即為濁度)。
上述光調(diào)制器由具有透、反功能的光調(diào)制盤和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)構(gòu)成，光調(diào)制盤固裝在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的主軸上。則驅(qū)動(dòng)馬達(dá)能驅(qū)使光調(diào)制盤作轉(zhuǎn)動(dòng)。該光調(diào)制器的光調(diào)制盤以與光軸呈45度方向設(shè)置在光路中。
上述機(jī)械式光束調(diào)隙機(jī)構(gòu)包括支架，步進(jìn)電機(jī)，螺桿螺母調(diào)節(jié)付、一付刀架、一付刀片及光欄。光欄設(shè)置在光束入射口一側(cè)的支架上，靠近此光欄處為一付能相對移動(dòng)的刀片，一付刀片裝在與調(diào)節(jié)螺母相固連的刀架上，與調(diào)節(jié)螺母相嚙合的雙頭螺桿則與步進(jìn)電機(jī)的主軸相連接。則控制步進(jìn)電機(jī)之正反轉(zhuǎn)能使調(diào)節(jié)螺母帶動(dòng)刀片作相對位移，達(dá)到調(diào)節(jié)刀口間距，也即調(diào)節(jié)刀口光通量的目的。
由上可見本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，用一件呈轉(zhuǎn)動(dòng)并具有透、反作用的光調(diào)制器可簡化為達(dá)到由單束光轉(zhuǎn)換為兩束平行光而必須的光路，特別是可減少儀器中的反射次數(shù)和避免了由于擺鏡高速擺動(dòng)而帶來的諸如制造精度及裝校要求高，調(diào)整困難，穩(wěn)定性差，壽命相對較低一系列缺陷。機(jī)械式光束調(diào)隙機(jī)構(gòu)的光束線性衰減器其調(diào)控穩(wěn)定、線性好，微機(jī)控制系統(tǒng)只要調(diào)控步進(jìn)電機(jī)的前進(jìn)、后退步數(shù)，即能精確地線性調(diào)控通過刀口即到達(dá)液料槽的光路，不會(huì)引入諸如由于偏角轉(zhuǎn)鏡帶來的類似額外誤差，并且這種衰減器結(jié)構(gòu)簡單，加工裝校都比較方便。
本發(fā)明的實(shí)施例如附圖所示，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明


圖1為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中所用的一種光束分束裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中所用的另一種光束分束裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中所用的一種光束線性衰減器的結(jié)構(gòu)剖視圖。
由圖1見，本發(fā)明濁度儀的光學(xué)系統(tǒng)中含有燈源1、寬帶濾光片2、光束分束裝置3、光束線性衰減器15、標(biāo)準(zhǔn)濁度板17、滿校和零校裝置5、透鏡及反射鏡組、液料槽22及光電接收器12。由圖2見，本實(shí)施例中的光束分束裝置3是一種由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)的光調(diào)制器，光調(diào)制盤23固裝在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)24的主軸上。圖3示出了另一種光調(diào)制器，它由光調(diào)制盤23、盤座25、傳動(dòng)齒輪27、28和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)24構(gòu)成，光學(xué)調(diào)制盤23固裝在盤座25的轉(zhuǎn)軸26上，轉(zhuǎn)軸26的另一軸端裝有齒輪27，該齒輪27與設(shè)置在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)24主軸端的齒輪28相嚙合，則驅(qū)動(dòng)馬達(dá)24的轉(zhuǎn)動(dòng)就帶動(dòng)光調(diào)制盤23作轉(zhuǎn)動(dòng)。該光調(diào)制器3的光調(diào)制盤23以與光軸呈45度方向并偏心地設(shè)置在光路中。
由圖3見，本實(shí)施例中的光束線性衰減器15是一種機(jī)械式光束調(diào)隙機(jī)械，包括步進(jìn)電機(jī)29、雙頭螺桿30、調(diào)節(jié)螺母31、37、一付刀架32、36，一付刀片33、35，光欄34及支架38。步進(jìn)電機(jī)39固定在支架38上后其主軸通過聯(lián)軸器與雙頭螺桿30相連接，在此雙頭螺桿30上的正、反螺牙上分別嚙合有兩只調(diào)節(jié)螺母31、37，裝有刀片33、35的刀架32、36分別固裝在螺母31和37上，刀片33、35外側(cè)的支架38上設(shè)置一光欄34。如此所說的衰減器，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)受微機(jī)控制而作步進(jìn)工作時(shí)，由螺桿30和螺母31、37構(gòu)成的調(diào)節(jié)付即帶動(dòng)刀片33和35作相對移位，即可調(diào)節(jié)經(jīng)光欄進(jìn)入刀片33、35構(gòu)成的刀口處入射光束的光量。該衰減器15的刀口橫截面以與光軸呈90度方向設(shè)置在光路中。
再見圖1，本實(shí)施例的光源是采用儀器用微型螺旋形燈絲白熾燈，由光源產(chǎn)生的可見光經(jīng)濾色片2濾色后成寬帶準(zhǔn)單色光，此準(zhǔn)單色光入射至光束分束裝置3中的光調(diào)制盤23上分成兩束光，一束為透過光調(diào)制盤23的測量光束，它經(jīng)透鏡4、零校板5、透鏡6后經(jīng)液料槽22的窗口7射入液料槽22，液料槽22中通有流動(dòng)的液體，則該測量光束在液料槽22中被液體所散射，90度的散射光透過窗口8及透鏡9、反射鏡10、透鏡11后入射至光電接收器12上，把光量轉(zhuǎn)換成電量;另一束為從光調(diào)制盤23上反射出的參考光束，它經(jīng)透鏡13、反射鏡14后成一與測量光束呈平行的光束，該參考光束射入光束線性衰減器15、透鏡16、標(biāo)準(zhǔn)濁度板17、透鏡18、反射鏡19、透鏡20后經(jīng)液料槽22的窗口21射入液料槽22，該參考光束也被液體作散射，散射光通過窗口8及透鏡9、反射鏡10、透鏡11后入射至光接收器12上，把光量轉(zhuǎn)換成電量，當(dāng)參考光束的光強(qiáng)與測量光束的光強(qiáng)相等時(shí)，接收器輸出穩(wěn)定的直流電平，若不等，則微機(jī)控制系統(tǒng)將啟動(dòng)光束線性衰減器中的步進(jìn)電機(jī)而調(diào)整經(jīng)過該衰減器的參考光束的光強(qiáng)，使兩束散射光光強(qiáng)達(dá)到相同，即可根據(jù)此調(diào)整量測得參考光束光強(qiáng)的衰減百分?jǐn)?shù)，從而換算并顯示出被測液體的濁度。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測液體混濁程度的雙光束補(bǔ)償濁度儀，包括雙光路光學(xué)系統(tǒng)、具有入射及測量窗口的液料槽、光電接收器、由微機(jī)控制的反饋、處理及顯示裝置等部件；雙光路光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)置有把單光束分解為雙光束的光束分束裝置和由微機(jī)控制調(diào)節(jié)，其中一路參考光束光量的光束線性衰減器，其特征在于，(1)所說光束分束裝置3是一種光調(diào)制器，由光調(diào)制盤23和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)24構(gòu)成；光調(diào)制盤23固裝在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)24的主軸上，(2)所說的光束線性衰減器15是一種機(jī)械光束調(diào)隙機(jī)構(gòu)，包括支架38、步進(jìn)電機(jī)29、螺桿螺母調(diào)節(jié)付30、31、37、一付刀架32、36、一付刀片33、35及光欄34；光欄34設(shè)置在光束入射口一側(cè)的支架38上，刀片33、35裝在與調(diào)節(jié)螺31、37相固連的刀架32、36上，與調(diào)節(jié)螺母31、37相嚙合的雙光螺桿30則與步進(jìn)電機(jī)29的主軸相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光束補(bǔ)償濁度儀，其特征是光調(diào)制盤23固裝在盤座25的轉(zhuǎn)軸26上，轉(zhuǎn)軸26的另一軸端裝有齒輪27，該齒輪27與設(shè)置在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)24主軸端的齒輪28相嚙合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙光束補(bǔ)償濁度儀，其特征是所說的光調(diào)制器3的光調(diào)制盤23以與光軸呈45度方向設(shè)置在光路中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光束補(bǔ)償濁度儀，其特征是所說光束線性衰減器15的刀口橫截面以與光軸呈90度方向并同軸地設(shè)置在光路中。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用光學(xué)手段分析監(jiān)測液體質(zhì)量的雙光束補(bǔ)償濁度儀，主要特點(diǎn)是用以把單束光分解成兩束光的光束分束裝置是一種光調(diào)制器，其由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的光調(diào)制盤以與光軸呈45度方向設(shè)置在光路中，用以調(diào)節(jié)參考光束量的光束線性衰減器是一種機(jī)械式光束調(diào)隙機(jī)械，其由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)刀片作相對位移，刀口橫截面以與光軸呈90度方向并同軸地設(shè)置在光路中。本發(fā)明特別適用于對自來水、啤酒、飲料等液體產(chǎn)品的在線測量。
文檔編號(hào)G01N21/51GK1070266SQ9210851
公開日1993年3月24日 申請日期1992年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月3日
發(fā)明者呂建華, 王安邦, 計(jì)克雄, 丁星媚, 李兆順 申請人:上?？茖W(xué)技術(shù)實(shí)業(yè)總公司