專利名稱：濁度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及水質(zhì)測量儀器，特別是涉及可廣泛使用到海洋、江河、湖泊等測量
水質(zhì)混濁度的光學(xué)儀器。
背景技術(shù)：
水體的濁度值是水質(zhì)生態(tài)監(jiān)測的重要參數(shù)。由于水體中存在著各種各樣的不溶性 懸浮物物質(zhì)，使得水體呈現(xiàn)一種不透明的光學(xué)性質(zhì)，而濁度測量就是測量水體的不透明程 度，即濁度值。 當(dāng)一束固定波長的入射光射進(jìn)水中，水中懸浮物表面不同角度出現(xiàn)散射現(xiàn)象。利 用與入射光成固定角度上接收統(tǒng)一波長的散射光強(qiáng)度來確定濁度的值，這就是濁度測量的 原理。 目前，對水體濁度的測量，主要有現(xiàn)場比色分析、實驗室測量、現(xiàn)場在線測量三種 方法?，F(xiàn)場比色分析方法是將被測水體與提前配置好的標(biāo)準(zhǔn)濁度樣品以進(jìn)行比色的方式確 定其濁度值，測量結(jié)果受到標(biāo)準(zhǔn)濁度樣品的限制。實驗室測量需要采取水樣，再到實驗室或 者實驗船上進(jìn)行測量，不能反應(yīng)水體的現(xiàn)場真實數(shù)據(jù)。現(xiàn)場在線測量能實時監(jiān)測水體的濁 度變化情況，但是現(xiàn)有的濁度傳感器存在體積大、功耗高的缺點，不太適用于在浮標(biāo)、水質(zhì) 監(jiān)測儀等儀器裝置上集成。 圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)場在線測量濁度傳感器。如圖1所示，濁度傳感器呈圓柱體 結(jié)構(gòu)，圓柱密封殼體前端面上設(shè)置玻璃窗，玻璃窗采用K9材質(zhì)玻璃，玻璃窗的后面設(shè)置方 形壓蓋，方形壓蓋固定在密封殼體前端，玻璃窗罩住方形壓蓋的圓柱孔，形成透明窗口 。光 發(fā)射器和光電接收器設(shè)置在密封殼體前端的方形壓蓋內(nèi)，光發(fā)射器和光電接收器的光軸成 60°夾角，光電接收器與玻璃窗之間設(shè)置濾光片。光發(fā)射器和光電接收器與密封殼體內(nèi)的 電路板連接，密封殼體內(nèi)的電路板與密封殼體后端的水密接插件連接。 圖1所示的濁度傳感器放于水下應(yīng)用時，光發(fā)射器5發(fā)出的光照射水中懸浮物后
向產(chǎn)生散射，光電接收器3接收部分散射光，接收的散射光信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后通過密封殼體后
端的水密接插件和水下電纜傳遞到水上顯示器，顯示和記錄水下濁度值。 但是，圖1所示現(xiàn)有技術(shù)的濁度傳感器，密封殼體前端采用玻璃窗和壓蓋的組合
結(jié)構(gòu)，光電接收器與玻璃窗之間還設(shè)置透鏡和濾光片，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大的缺點，不利
于在浮標(biāo)、水質(zhì)監(jiān)測儀等儀器設(shè)備上集成。而且，單一光源照射下懸浮物散射光強(qiáng)較弱，影
響低濁度測量的精確度。

發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有的水體濁度測量以及濁度傳感器所存在的問題，本實用新型推出改進(jìn)結(jié) 構(gòu)的現(xiàn)場在線測量濁度傳感器，其光學(xué)窗口采用特殊材料的玻璃加工而成，能使特定波段 的光通過，起到濾光片的作用。光學(xué)窗口玻璃加工成凸臺形狀，體積減小，便于固定安裝，更 易于傳感器的集成。而且，光發(fā)射器采用兩個光源，增加了光源強(qiáng)度，提高了低濁度測量時的測量精度。 本實用新型所涉及的濁度傳感器外殼呈圓柱形，由圓柱殼體、光學(xué)窗口固定架和 底座組成。圓柱殼體前端有圓形敞口，光學(xué)窗口固定架為圓環(huán)狀，光學(xué)窗口固定架通過螺紋 連接并緊固在圓柱殼體前端外側(cè)。底座封裝在圓柱殼體的后端，圓柱殼體與底座之間通過 螺紋連接。 圓柱殼體內(nèi)有光學(xué)測量系統(tǒng)和測量控制系統(tǒng)。光學(xué)測量系統(tǒng)包括光源、光電接收 器和光學(xué)窗口。 光學(xué)窗口為凸臺形狀的玻璃窗口，設(shè)置在圓柱殼體的前端，凸臺凸出部分伸在圓
柱殼體前端的圓形敞口內(nèi)，凸臺凸出部分前端面與圓柱殼體前端面處于同一平面上。凸臺
圓盤部分卡在圓柱殼體與光學(xué)窗口固定架之間，通過光學(xué)窗口固定架和殼體前端之間的緊
壓，使光學(xué)窗口固定牢固。凸臺圓盤部分與圓柱殼體前端之間由O形圈密封。光學(xué)窗口的
材質(zhì)為紅外透射可見光吸收玻璃，透過波長大于800nm的紅外光，吸收可見光。 光學(xué)窗口內(nèi)側(cè)有光學(xué)器件固定架，光學(xué)器件固定架上有兩個對稱的光源孔，光源
孔中心線的夾角為60。，光源孔內(nèi)安裝LED光源。光學(xué)器件固定架的中心位置開一槽，槽的
底部安裝光電接收器，光電接收器與兩個光源孔的光軸夾角分別為30° 。 測量控制系統(tǒng)包括電源、控制電路、數(shù)據(jù)采集電路、單片機(jī)。電源、控制電路、數(shù)據(jù)
采集電路、單片機(jī)固定在圓柱殼體內(nèi)的電路板上，并有相應(yīng)的連接。 電路板的一端與光學(xué)固定架由螺栓固定，另一端與底座固定連接。光源和光電接 收器均與控制電路連接，光源和光電接收器的引腳分別焊接在電路板上。數(shù)據(jù)采集電路連 接密封殼體后端底座上的水密接插件連接。濁度傳感器通過密封殼體后端的水密接插件， 可直接安裝在浮標(biāo)或者其他測量平臺上，也可搭配計算機(jī)或掌上機(jī)直接進(jìn)行測量。 本實用新型所涉及的濁度傳感器應(yīng)用于水下濁度測量時，兩個LED光源分別發(fā)出 固定頻率的脈沖平行光，光線通過光學(xué)窗口進(jìn)入被測量的水體中，照射水中懸浮物，光電接 收器接收水中懸浮物產(chǎn)生的部分散射光，接收的散射光信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后以RS232通訊方式直 接輸出濁度值，并通過水密接插件傳遞到水上顯示器，進(jìn)行顯示和記錄。采用透射紅外光吸 收可見光玻璃的光學(xué)窗口 ，透過波長大于800nm的紅外光，吸收可見光，省去光電接收器前 專設(shè)的濾光片。光學(xué)窗口玻璃加工成凸臺形狀，體積減小，便于固定安裝，而且，光學(xué)窗口凸 臺凸出部分前端面與圓柱殼體的前端面處于同一平面上，不易差生氣泡，更易于傳感器的 集成和使用。光發(fā)射器采用兩個光源，增加了光源強(qiáng)度，提高了低濁度測量時的測量精度。 濁度傳感器根據(jù)上位機(jī)提供給濁度傳感器不同命令，可以實現(xiàn)測量、定標(biāo)等各項功能，供電 電壓為5V 12V，方便快捷，操作簡單。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的濁度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本實用新型的濁度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中標(biāo)記說明 1、玻璃窗 2、方形壓蓋 3、濾光片 4、光電接收器 5、光發(fā)射器 6、光學(xué)窗口固定架[0022] 7、光學(xué)窗口 9、光學(xué)器件固定架 11、光電接收器 13、電路板
8、圓柱殼體
10、光源 12、螺栓 14、底座 15、水密接插件具體實施方式現(xiàn)結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
予以說明。圖2顯示本實用新型的濁度 傳感器的基本結(jié)構(gòu)。 如圖所示，本實用新型所涉及的濁度傳感器外殼呈圓柱形，由圓柱殼體8、光學(xué)窗 口固定架6和底座14組成。圓柱殼體前端有圓形敞口 ，光學(xué)窗口固定架6為圓環(huán)狀，光學(xué) 窗口固定架6通過螺紋連接并緊固在圓柱殼體前端外側(cè)。底座14封裝在圓柱殼體8的后 端，圓柱殼體8與底座14之間通過螺紋連接。 圓柱殼體8內(nèi)有光學(xué)測量系統(tǒng)和測量控制系統(tǒng)。光學(xué)測量系統(tǒng)包括光源10、光電 接收器11和光學(xué)窗口 7。 光學(xué)窗口7為凸臺形狀的玻璃窗口，設(shè)置在圓柱殼體8的前端，凸臺凸出部分伸在 圓柱殼體8前端的圓形敞口內(nèi)，凸臺凸出部分前端面與圓柱殼體8的前端面處于同一平面 上。光發(fā)射器采用兩個光源，增加了凸臺圓盤部分卡在圓柱殼體8與光學(xué)窗口固定架6之 間，通過光學(xué)窗口固定架6和殼體前端之間的緊壓，使光學(xué)窗口 7固定牢固。凸臺圓盤部分 與圓柱殼體前端之間由0形圈密封。光學(xué)窗口 7的材質(zhì)為HWB800紅外透射可見光吸收玻 璃，透過波長大于800nm的紅外光，吸收可見光。 光學(xué)窗口 7內(nèi)側(cè)有光學(xué)器件固定架9，光學(xué)器件固定架9上有兩個對稱的光源孔， 光源孔中心線的夾角為60。，光源孔內(nèi)安裝LED光源IO。光學(xué)器件固定架9的中心位置開 一槽，槽的底部安裝光電接收器ll，光電接收器11與兩個光源孔的光軸夾角分別為30° 。 測量控制系統(tǒng)包括電源、控制電路、數(shù)據(jù)采集電路、單片機(jī)。電源、控制電路、數(shù)據(jù) 采集電路、單片機(jī)固定在圓柱殼體內(nèi)的電路板13上，并有相應(yīng)的連接。 電路板13的一端與光學(xué)固定架9由螺栓固定，另一端與底座14固定連接。光源 10和光電接收器11均與控制電路連接，光源10和光電接收器11的引腳分別焊接在電路 板13上。數(shù)據(jù)采集電路連接密封殼體后端底座14上的水密接插件15連接。濁度傳感器 通過密封殼體后端的水密接插件15，可直接安裝在浮標(biāo)或者其他測量平臺上，也可搭配計 算機(jī)或掌上機(jī)直接進(jìn)行測量。
權(quán)利要求一種濁度傳感器，外殼呈圓柱形，其特征在于外殼包括圓柱殼體(8)、光學(xué)窗口固定架(6)和底座(14)，光學(xué)窗口固定架(6)為圓環(huán)狀，光學(xué)窗口固定架(6)通過螺紋連接并緊固在圓柱殼體(8)前端外側(cè)，底座(14)封裝在圓柱殼體(8)的后端；圓柱殼體(8)內(nèi)有光學(xué)測量系統(tǒng)和測量控制系統(tǒng)，光學(xué)測量系統(tǒng)包括光源(10)、光電接收器(11)和光學(xué)窗口(7)，測量控制系統(tǒng)包括電源、控制電路、數(shù)據(jù)采集電路、單片機(jī)，電源、控制電路、數(shù)據(jù)采集電路、單片機(jī)固定在圓柱殼體內(nèi)的電路板(13)上；光學(xué)窗口(7)為凸臺形狀的玻璃窗口，設(shè)置在圓柱殼體8的前端，材質(zhì)為紅外透射可見光吸收玻璃；光學(xué)窗口(7)內(nèi)側(cè)有光學(xué)器件固定架(9)，光學(xué)器件固定架(9)上有兩個對稱的光源孔，光源孔內(nèi)安裝LED光源(10)，光學(xué)器件固定架(9)的中心位置，裝有光電接收器(11)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濁度傳感器，其特征在于，圓柱殼體(8)與底座(14)之間通 過螺紋連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的濁度傳感器，其特征在于，電路板(13)的一端與光學(xué)固定架 (9)由螺栓固定，另一端與底座(14)固定連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的濁度傳感器，其特征在于，光學(xué)窗口 (7)的凸臺凸出部分伸在 圓柱殼體(8)前端的圓形敞口內(nèi)，光學(xué)窗口凸臺凸出部分前端面與圓柱殼體(8)的前端面 處于同一平面上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的濁度傳感器，其特征在于，光學(xué)窗口 (7)的材質(zhì)為HWB800紅 外透射可見光吸收玻璃，透過波長大于800nm的紅外光，吸收可見光。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的濁度傳感器，其特征在于，光學(xué)器件固定架(9)的中心位置開 一槽，槽的底部安裝光電接收器(ll)，光電接收器(11)與安裝LED光源(10)的兩個光源孔 的光軸夾角分別為30。。
專利摘要本實用新型推出改進(jìn)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場在線測量濁度傳感器，圓柱殼體內(nèi)有光學(xué)測量系統(tǒng)和測量控制系統(tǒng)。光學(xué)測量系統(tǒng)包括光源、光電接收器和光學(xué)窗口。光學(xué)窗口采用特殊材料的紅外透射可見光吸收玻璃加工而成，透過波長大于800nm的紅外光，吸收可見光。光學(xué)窗口為凸臺形狀的玻璃窗口，設(shè)置在圓柱殼體的前端，凸臺凸出部分伸在圓柱殼體前端的圓形敞口內(nèi)，凸臺圓盤部分卡在圓柱殼體與光學(xué)窗口固定架之間，通過光學(xué)窗口固定架和殼體前端之間的緊壓，使光學(xué)窗口固定牢固。凸臺圓盤部分與圓柱殼體前端之間由O形圈密封。該濁度傳感器體積減小，便于固定安裝，更易于傳感器的集成。而且，光發(fā)射器采用兩個LED光源，增加了光源強(qiáng)度，提高了低濁度測量時的測量精度。
文檔編號G01N21/53GK201497703SQ20092022083
公開日2010年6月2日 申請日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者任永琴, 王世忠 申請人:國家海洋技術(shù)中心