專利名稱：激光濃度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及礦物漿料濃度、紙漿濃度、水泥水灰比以及水質(zhì) 濁度等參數(shù)的測(cè)量器材，具體說是一種激光濃度傳感器。
技術(shù)背景目前國(guó)內(nèi)外對(duì)濃度的測(cè)量手段以超聲波為主，這種測(cè)試方法易受外 界干擾，如被測(cè)物質(zhì)顆粒的大小、周圍物體產(chǎn)生的電磁干擾等，且其 測(cè)試精度低。隨著現(xiàn)代化工業(yè)電子產(chǎn)品智能化程度的提高，光電檢測(cè)技術(shù)以其 精確度高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)在過程控制系統(tǒng)中占有及其重要的地位。 光電檢測(cè)技術(shù)主要是利用被測(cè)物質(zhì)的光學(xué)效應(yīng)，當(dāng)光與被測(cè)物質(zhì)相互作用時(shí)，物質(zhì)會(huì)對(duì)光產(chǎn)生折射、散射與吸收，從而使入射光產(chǎn)生衰減； 物質(zhì)對(duì)光的吸收作用根據(jù)Lambert - Beer吸收定律反映在透射光的強(qiáng) 度上，而物質(zhì)對(duì)光的折射、散射根據(jù)物質(zhì)顆粒大小的不一樣和成分的 差異產(chǎn)生的效果也不一樣，分別為Rayleigh散射和Mie散射，散射特 性反應(yīng)在散射光角度和散射光強(qiáng)度上。激光檢測(cè)技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于光 源強(qiáng)度大，方向性好，并且不受物質(zhì)成分變化和顆粒大小的影響，現(xiàn) 在激光檢測(cè)技術(shù)多用于粒度檢測(cè)、產(chǎn)品的形狀檢測(cè)、厚度檢測(cè)等場(chǎng)合， 激光厚度檢測(cè)主要是針對(duì)于透明薄膜和板材或者表面光滑反光效果優(yōu) 異的板材領(lǐng)域，近年來，才出現(xiàn)將激光檢測(cè)技術(shù)用于粉塵濃度監(jiān)測(cè)的 相關(guān)產(chǎn)品。對(duì)濃度的測(cè)量第一需要解決的問題是固體顆粒沉降所帶來的光 的散射和反射對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；第二需要解決的是如何能夠根據(jù)特 定固體顆粒的光學(xué)特性通過激光的透射散射和遮擋效應(yīng)準(zhǔn)確的測(cè)試溶 液的濃度；第三是針對(duì)特定固體顆粒和水的光學(xué)特性如何選擇合適的光源進(jìn)行測(cè)量；第四需要解決的是減少傳感器本身對(duì)激光的反射所帶來的測(cè)量誤差。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠很好的解決以上問題的激光濃 度傳感器。所述激光濃度傳感器，其特征是所述激光濃度傳感器由光學(xué)探 頭、電源、激光光源、放大電路一體化集成模塊、光纖和通信電纜組 成，激光光源及電路的輸出端經(jīng)過導(dǎo)入光纖連接到環(huán)狀激光濃度傳感 器光學(xué)探頭的激光光源入射腔，激光光源入射腔的前方安裝有激光光 源準(zhǔn)直器，環(huán)狀激光濃度傳感器光學(xué)探頭上還安裝有多個(gè)光電探測(cè)器， 光電探測(cè)器各自通過信號(hào)電纜連接到信號(hào)處理電路。所述環(huán)狀激光濃度傳感器光學(xué)探頭為下方開口的環(huán)形，內(nèi)環(huán)為圓 形或四方形，外環(huán)為八邊形或四方形。所述環(huán)狀激光濃度傳感器設(shè)置一個(gè)激光光源入射腔和1至3個(gè)光電探測(cè)器，以激光光源入射腔角度順時(shí)針方向的45度或90度、135 度、180度位置安置一個(gè)或多個(gè)光電探測(cè)器。所述環(huán)狀激光濃度傳感器光學(xué)探頭圓形內(nèi)環(huán)直徑在5mm-50咖或 四方形內(nèi)徑在5咖-50咖。在所述圓形內(nèi)環(huán)，激光光源入射腔以及各光電探測(cè)器的兩端都設(shè) 有突出的光阻隔塊。所述環(huán)狀激光濃度傳感器光學(xué)探頭采用發(fā)黑工藝處理的表面。各光電探測(cè)器(9、 10、 11)都有獨(dú)立的工作腔，帶準(zhǔn)直系統(tǒng)的激 光光源入射腔(15)也與其他工作腔相互獨(dú)立。激光光源入射腔與光電檢測(cè)器所在的檢測(cè)腔表面都嵌有鍍膜石英 玻璃窗。激光光源及電路的輸出端連接激光分路器，激光分路器的輸出分 為兩路， 一路進(jìn)入被測(cè)溶液，另一路直接引入一個(gè)光電探測(cè)器。本實(shí)用新型有益效果是1. 檢測(cè)透射光的同時(shí)檢測(cè)、90度、135度、180度位置或檢測(cè)其中 某個(gè)角度光電傳感器的光強(qiáng)，將其進(jìn)行對(duì)比，提高了測(cè)量的精確度。2. 利用激光光源強(qiáng)度大，方向性好，并且不受物質(zhì)成分變化和顆粒 大小的影響的優(yōu)勢(shì)，大大提高了檢測(cè)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的重復(fù)性。3. 自身能耗低，提高礦產(chǎn)品等行業(yè)的工藝參數(shù)檢測(cè)的精確度，避 免礦產(chǎn)品在生產(chǎn)過程不必要的浪費(fèi)，減少了生產(chǎn)線多余的能量消耗。4. 本實(shí)用新型可用于礦漿濃度檢測(cè)，紙漿濃度檢測(cè)、水質(zhì)檢測(cè)和粉 塵監(jiān)控多個(gè)領(lǐng)域，尤其適用于高精度濃度控制領(lǐng)域。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一光學(xué)探頭結(jié)構(gòu)示意圖主視圖，圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一分體式外形結(jié)構(gòu)圖，圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例一集成式外形結(jié)構(gòu)圖，圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例二光學(xué)探頭結(jié)構(gòu)示意圖主視圖，圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例二分體式外形結(jié)構(gòu)圖，圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例二集成式外形結(jié)構(gòu)圖。圖中l(wèi)一光源入射腔鍍膜石英窗，2—90度角光電探測(cè)器檢測(cè)腔 鍍膜石英窗，3—135度角光電探測(cè)器檢測(cè)腔鍍膜石英窗，4—180度角 光電探測(cè)器檢測(cè)腔鍍膜石英窗，5、 6、 7—光阻隔塊，8—激光光源準(zhǔn) 直器，9—90度角光電探測(cè)器，10—135度角光電探測(cè)器，11一180度 角光電探測(cè)器，12—180度角光電探測(cè)器檢測(cè)腔，13—135度角光電探 測(cè)器檢測(cè)腔，14—90度角光電探測(cè)器檢測(cè)腔，15—激光光源入射腔， 16—180度角光電探測(cè)器信號(hào)電纜，17—135度角光電探測(cè)器信號(hào)電纜， 18—90度角光電探測(cè)器信號(hào)電纜，19—導(dǎo)入光纖，20—固定螺桿，21 一激光光源及電路，22—信號(hào)采樣及數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，23—參比光信號(hào) 電纜，24—激光分路器，25—電源線，26—數(shù)字信號(hào)線，27—封閉金 屬外殼，28—固定螺孔。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明如圖1 6中所示，所述激光濃度傳感器由光學(xué)探頭、電源、激光光源、放大電路一體化集成 模塊、光纖和通信電纜組成，激光光源及電路21的輸出端經(jīng)過導(dǎo)入光纖19連接到環(huán)狀激光濃度傳感器光學(xué)探頭的激光光源入射腔15，激光 光源入射腔15的前方安裝有激光光源準(zhǔn)直器8，環(huán)狀激光濃度傳感器 光學(xué)探頭上還安裝有多個(gè)光電探測(cè)器9、 10、 11，光電探測(cè)器各自通過 信號(hào)電纜連接到信號(hào)處理電路。圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一光學(xué)探頭結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本實(shí)用 新型實(shí)施例二光學(xué)探頭結(jié)構(gòu)，由圖1或圖4中可見，所述環(huán)狀激光濃 度傳感器光學(xué)探頭為下方開口的環(huán)形，內(nèi)環(huán)為圓形或四方形，外環(huán)為 八邊形或四方形。所述環(huán)狀激光濃度傳感器設(shè)置一個(gè)激光光源入射腔15和1至3個(gè) 光電探測(cè)器，以激光光源入射腔15角度順時(shí)針方向的45度或90度、 135度、180度位置安置一個(gè)或多個(gè)光電探測(cè)器9、 10、 11。在所述圓 形內(nèi)環(huán)，激光光源入射腔15以及各光電探測(cè)器9、 10、 ll的兩端都設(shè) 有突出的光阻隔塊5、 6、 7。各光電探測(cè)器9、 10、 ll都有獨(dú)立的工作 腔，帶準(zhǔn)直系統(tǒng)的激光光源入射腔15也與其他工作腔相互獨(dú)立。激光 光源入射腔15與光電檢測(cè)器9、 10、 11所在的檢測(cè)腔12、 13、 14表 面都嵌有鍍膜石英玻璃窗1、 2、 3、 4，用來增加光線的透射率。激光 由石英傳輸光纖導(dǎo)入射腔，光源是功率為lmw-2W、波長(zhǎng)為505nm-1400nm 的激光。探測(cè)器電信號(hào)由信號(hào)電纜送入放大電路。該環(huán)狀激光濃度傳 感器光學(xué)探頭正上方有一個(gè)螺孔，用來固定其位置保證測(cè)試的穩(wěn)定性。激光光源及電路21的輸出端連接激光分路器24，激光分路器24的輸出分為兩路， 一路進(jìn)入被測(cè)溶液，另一路直接引入激光光源電路 中內(nèi)置的一個(gè)光電探測(cè)器。(此句與圖示不符？或另加以說明)由圖2、 3或圖5、 6中可見，本實(shí)用新型激光濃度傳感器分為分體式和集成式兩種外形結(jié)構(gòu)，分體式結(jié)構(gòu)將光學(xué)探頭、光源和數(shù)據(jù) 采集處理電路分開，兩者有光纖和信號(hào)電纜相連接，光學(xué)探頭放置在 溶液中，光源及數(shù)據(jù)采集處理安置在溶液之外；集成式則是將光源、 光學(xué)探頭、數(shù)據(jù)采集處理電路集成在一個(gè)密封的金屬外殼中，并整體放入溶液中，直接將數(shù)字信號(hào)通過信號(hào)電纜輸出。如圖l、 2、 3所示，在分體式中電源、激光光源及電路2 l產(chǎn) 生的激光由激光出射口射出，經(jīng)過光纖分路器導(dǎo)入光纖l 9送入激光 光源入射腔l 5，該光源在激光光源入射腔l 5中經(jīng)過激光光源準(zhǔn)直 器8變?yōu)槠叫泄庠?，?jīng)過光源入射腔鍍膜石英窗1進(jìn)入被測(cè)溶液，光 線在被測(cè)溶液中經(jīng)過吸收衰減和折射散射等光學(xué)效應(yīng)后分別通過90度 角光電探測(cè)器檢測(cè)腔鍍膜石英窗2 、 135度角光電探測(cè)器檢測(cè)腔鍍膜石 英窗3、 180度角光電探測(cè)器檢測(cè)腔鍍膜石英窗4后，進(jìn)入90度角光 電探測(cè)器檢測(cè)腔14、 135度角光電探測(cè)器檢測(cè)腔13、 180度角光電 探測(cè)器檢測(cè)腔l 2中，被90度角光電探測(cè)器9、 135度角光電探測(cè)器1 0、 180度角光電探測(cè)器1 l接受并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這些電信號(hào)分別 通過90度角光電探測(cè)器信號(hào)電纜1 8、 135度角光電探測(cè)器信號(hào)電纜1 7 、 180度角光電探測(cè)器信號(hào)電纜1 6送入光電探測(cè)器信號(hào)電纜接口 進(jìn)入光源、電源、放大電路一體化集成模塊中進(jìn)行放大處理后由模擬 信號(hào)輸出端口送入外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。整個(gè)浸入式環(huán)狀激光濃度 傳感器光學(xué)探頭由固定螺桿20通過固定螺孔28固定以保持探頭的穩(wěn) 定。而圖4、 5、 6中的集成式激光濃度傳感器將激光光源及電路21、 信號(hào)采樣及數(shù)模轉(zhuǎn)換電路22、光學(xué)探頭集成在一個(gè)密封金屬外殼27 中，并整體放入溶液中，直接將數(shù)字信號(hào)通過數(shù)字信號(hào)線26輸出。環(huán)狀激光濃度傳感器光學(xué)探頭表面采用整體發(fā)黑工藝，避免了光 學(xué)探頭表面對(duì)光的反射帶來的影響。本實(shí)用新型的浸入式環(huán)狀激光濃度傳感器利用光與固體顆粒的遮 擋、吸收、反射和散射等光學(xué)效應(yīng)來對(duì)溶液濃度進(jìn)行測(cè)量，無需專門 的取樣池，本實(shí)用新型不同于現(xiàn)有的溶液濃度的測(cè)量方式，因而受周 圍環(huán)境影響小，不被溶液組分的變化干擾，測(cè)量穩(wěn)定度極高。
權(quán)利要求1.一種激光濃度傳感器，其特征是所述激光濃度傳感器由光學(xué)探頭、電源、激光光源、放大電路一體化集成模塊、光纖和通信電纜組成，激光光源及電路(21)的輸出端經(jīng)過導(dǎo)入光纖(19)連接到環(huán)狀激光濃度傳感器光學(xué)探頭的激光光源入射腔(15)，激光光源入射腔(15)的前方安裝有激光光源準(zhǔn)直器(8)，環(huán)狀激光濃度傳感器光學(xué)探頭上還安裝有多個(gè)光電探測(cè)器(9、10、11)，光電探測(cè)器各自通過信號(hào)電纜連接到信號(hào)處理電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光濃度傳感器，其特征是所述環(huán)狀 激光濃度傳感器光學(xué)探頭為下方開口的環(huán)形，內(nèi)環(huán)為圓形或四方形， 外環(huán)為八邊形或四方形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光濃度傳感器，其特征是所述環(huán)狀 激光濃度傳感器設(shè)置一個(gè)激光光源入射腔(15)和1至3個(gè)光電探測(cè) 器，以激光光源入射腔(15)角度順時(shí)針方向的45度或90度、135 度、180度位置安置一個(gè)或多個(gè)光電探測(cè)器(9、 10、 11)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光濃度傳感器，其特征是所述 環(huán)狀激光濃度傳感器光學(xué)探頭圓形內(nèi)環(huán)直徑在5mm-50ram或四方形內(nèi) 徑在5mm-50咖。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的激光濃度傳感器，其特征是在所 述激光光源入射腔(15)以及各光電探測(cè)器(9、 10、 11)的兩端都設(shè) 有突出的光阻隔塊(5、 6、 7)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光濃度傳感器，其特征是所述環(huán)狀激光濃度傳感器光學(xué)探頭采用發(fā)黑工藝處理的表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的激光濃度傳感器，其特征是各光 電探測(cè)器(9、 10、 11)都有獨(dú)立的工作腔，帶準(zhǔn)直系統(tǒng)的激光光源入 射腔(15)也與其他工作腔相互獨(dú)立。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的激光濃度傳感器，其特征是激光 光源入射腔(15)與光電檢測(cè)器(9、 10、 11)所在的檢測(cè)腔(12、 13、( 14)表面都嵌有鍍膜石英玻璃窗(1、 2、 3、 4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光濃度傳感器，其特征是激光光源 及電路(21)的輸出端連接激光分路器(24)，激光分路器(24)的輸 出分為兩路， 一路進(jìn)入被測(cè)溶液，另一路直接引入一個(gè)光電探測(cè)器。
專利摘要一種激光濃度傳感器，其特征是所述激光濃度傳感器由光學(xué)探頭、電源、激光光源、放大電路一體化集成模塊、光纖和通信電纜組成，激光光源及電路(21)的輸出端經(jīng)過導(dǎo)入光纖(19)連接到環(huán)狀激光濃度傳感器光學(xué)探頭的激光光源入射腔(15)，環(huán)狀激光濃度傳感器光學(xué)探頭上還安裝有多個(gè)光電探測(cè)器(9、10、11)，光電探測(cè)器各自通過信號(hào)電纜連接到信號(hào)處理電路。利用激光光源強(qiáng)度大，方向性好，并且不受物質(zhì)成分變化和顆粒大小的影響的優(yōu)勢(shì)，大大提高了檢測(cè)的精度、穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的重復(fù)性。且系統(tǒng)自身能耗低。可用于礦漿濃度檢測(cè)，紙漿濃度檢測(cè)、水質(zhì)檢測(cè)和粉塵監(jiān)控多個(gè)領(lǐng)域，尤其適用于高精度濃度控制領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01N21/55GK201417244SQ20092008385
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者翼 張, 蓉 陳 申請(qǐng)人:張 翼;陳 蓉