專利名稱：濁度傳感器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及傳感器測量技術(shù)領域，特別是涉及一種濁度傳感器。
背景技術(shù)：
濁度用于表示水中不同大小、形狀、比重的懸浮物、膠體物質(zhì)和微生物等雜質(zhì)對光 所產(chǎn)生的效應。濁度不僅僅是表示水質(zhì)最重要的物理外觀指標，濁度的高低還意味著水中 各種有毒、有害物質(zhì)的含量的高低。由于水中懸浮物等物質(zhì)的存在，使得水體呈現(xiàn)一種不透 明狀態(tài)，濁度測量就是測量水體的渾濁程度。當一束入射光射進水中，由于水中懸浮物的存 在，懸浮物上出現(xiàn)光學散射現(xiàn)象，依據(jù)水中散射光的強度大小來確定濁度的值，這就是濁度 測量的原理。隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展，測控儀表正朝著智能化、網(wǎng)絡化 以及集成化的方向發(fā)展，用于濁度測定的濁度傳感器也逐漸向高智能化和高集成度方向發(fā)展?，F(xiàn)有的濁度傳感器均設有光發(fā)射器和光電接收器，而光發(fā)射器和光電接收器的光 電特性與溫度有很大關系，當溫度發(fā)生變化時，濁度的測量的結(jié)果就出現(xiàn)偏差。此外，在濁 度傳感器中，光發(fā)射器發(fā)射的光線和光電接收器接收的光線均要透過窗口玻璃，在長期使 用過程中，窗口玻璃必然會受到懸浮物的污染而嚴重影響到測量結(jié)果的準確性，因此濁度 傳感器必須具有清除這些污垢的功能。已有的清除污垢的方法有采用機械清除的方式， 如中國專利文獻CN2694263Y公開了一種海水現(xiàn)場監(jiān)測濁度傳感器，采用機械刷清除窗口 玻璃上的污垢，在長期使用過程中，機械刷必然會磨損窗口玻璃而影響窗口玻璃的透光效 果，以至影響測量結(jié)果的準確性。另有采用超聲波清洗窗口玻璃的方式，如中國專利文獻 CN2472225Y公開了一種在線濁度儀檢測器，通過超聲波振蕩使窗口玻璃上的污垢脫落并隨 流動的水樣帶出檢測器，該檢測器僅適用于流動的水體，對不具有流動性的水體(如水產(chǎn) 養(yǎng)殖水域)，脫落的污垢會積聚在檢測器底部從而影響檢測器的使用，以及測量的精度。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對濁度測量的溫度補償、并且能 夠?qū)崿F(xiàn)自清洗功能和對水質(zhì)濁度的在線監(jiān)測的濁度傳感器。( 二 )技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種濁度傳感器，包括光學測量模塊，用于采集水體的濁度信號；溫度測量模塊，用于采集水體的溫度信號； TEDS存儲器，用于存儲TEDS參數(shù)，所述TEDS參數(shù)包括反映溫度和濁度關系的校準 補償參數(shù)； 微處理器，與所述光學測量模塊、溫度測量模塊以及TEDS存儲器連接，用于對所述濁度信號和溫度信號進行處理，并根據(jù)所述校準補償參數(shù)對處理后的濁度信號和溫度信 號進行計算處理生成濁度值和溫度值。還包括信號調(diào)理模塊，連接于所述光學測量模塊和溫度測量模塊與微處理器之 間，用于分別對所述濁度信號和溫度信號進行處理，分別生成濁度電壓信號和溫度電壓信 號，并發(fā)送至所述微處理器。還包括與所述光學測量模塊連接的恒流源，以及與所述恒流源、信號調(diào)理模塊以 及微處理器連接的電源模塊。還包括與所述微處理器連接的總線接口模塊。其中，所述光學測量模塊包括光發(fā)射器、光發(fā)射器窗口玻璃、光電接收器和光電接 收器窗口玻璃，所述光發(fā)射器和光電接收器與傳感器線路板連接，所述光發(fā)射器窗口玻璃 設置在光發(fā)射器正前方，所述光電接收器窗口玻璃設置在光電接收器正前方。還包括與所述微處理器連接的超聲波清洗模塊，用于清除所述光發(fā)射器窗口玻 璃和所述光電接收器窗口玻璃上的污垢。所述信號調(diào)理模塊、TEDS存儲器、恒流源、電源模塊和總線接口模塊集成在傳感器 線路板上，所述傳感器線路板密封在接線盒中；所述光學測量模塊、溫度測量模塊和所述超 聲波清洗模塊設置在接線盒底座中，所述接線盒底座和所述接線盒連接形成密閉空間。其中，所述光學測量模塊還包括透鏡，所述透鏡設置在所述光發(fā)射器和所述光發(fā) 射器窗口玻璃之間。所述接線盒底座與防護罩連接，所述防護罩的側(cè)面和底部設有進出水孔。所述超聲波清洗模塊包括超聲波發(fā)生器、振動膜和壓蓋，所述超聲波發(fā)生器和壓 蓋設置在所述接線盒底座上，所述壓蓋固定于所述振動膜的周邊，所述振動膜、所述光發(fā)射 器窗口玻璃和所述光電接收器窗口玻璃所在的平面互相垂直。還包括通過螺旋壓鉚與所述傳感器線路板連接的四芯電纜，所述螺旋壓鉚與所述 接線盒之間設有電纜線密封圈，所述接線盒與所述接線盒底座之間設有接線盒密封圈。所述信號調(diào)理模塊包括電流轉(zhuǎn)換放大電路，用于將所述濁度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并對轉(zhuǎn)換后的電壓信號 進行放大處理生成所述濁度電壓信號；濾波放大電路，用于對所述溫度信號和所述濁度信號進行濾波，并對濾波后的溫 度信號進行放大處理生成溫度電壓信號。其中，所述TEDS存儲器存儲的TEDS參數(shù)還包括通道信息，所述通道信息和校正補 償參數(shù)符合IEEE1451.2標準。所述溫度測量模塊包括溫度探頭；所述溫度探頭、所述光發(fā)射器和光電接收器均 與所述傳感器線路板連接；所述光發(fā)射器和光電接收器的波峰一致。(三)有益效果通過設置溫度測量模塊測量水體的溫度并根據(jù)TEDS存儲器中存儲的校正補償參 數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對濁度測量的溫度補償；通過設置透鏡匯聚光發(fā)射器發(fā)射的光產(chǎn)生平行光束， 光發(fā)射器窗口玻璃和光電接收器窗口玻璃相互垂直，使光電接收器接收的全部是散射光， 能夠提高濁度測量的精度；通過在傳感器線路板上集成化設計，有利于濁度傳感器的微型 化；通過接線盒和接線盒底座的密封設計，有利于提高濁度傳感器的防水性和可靠性，能夠在線檢測(即長時間連續(xù)工作)；通過設置防護罩，減少了外界光源對濁度測量的干擾；通 過設置振動膜與光發(fā)射器窗口玻璃和光電接收器窗口玻璃兩兩垂直，能夠獲得最佳的清洗 效果；通過在防護罩底面設置進出水孔可以將超聲波清洗模塊清洗下來的污垢自動排除； 通過數(shù)字總線輸送信號，擴充了測量范圍。


圖1是本發(fā)明實施例的濁度傳感器的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的濁度傳感器的外部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示的濁度傳感器的底部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖2所示的濁度傳感器的分解示意圖；圖5是圖4所示的濁度傳感器的接線盒底座的底部仰視圖；圖6是圖2所示的濁度傳感器的剖視圖；圖7是圖2所示的濁度傳感器旋轉(zhuǎn)90度后的剖視圖；圖8是本發(fā)明實施例的濁度傳感器的微處理器的工作流程圖；圖9是本發(fā)明實施例的濁度傳感器的校正補償流程圖。其中，1 溫度測量模塊；2 光學測量模塊；3 恒流源；4 信號調(diào)理模塊；5 微處理 器；6 :TEDS存儲器；7 總線接口模塊；8 超聲波清洗模塊；9 電源模塊；10 電流轉(zhuǎn)換放大 電路；11 濾波放大電路；12 四芯電纜；13 螺旋壓鉚；14 接線盒；15 防護罩；16 進出水 孔；17 防護罩底部；18 進出水孔；19 接線盒密封圈；20 接線盒底座；21 光電接收器窗 口玻璃；22 振動膜；23 壓蓋；24 光發(fā)射器窗口玻璃；25 防護罩密封圈；26 透鏡；27 光 發(fā)射器；28 光電接收器；29 電纜線密封圈；30 傳感器線路板；31 超聲波發(fā)生器；32 溫 度探頭。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，本實施例的濁度傳感器包括光學測量模塊2，用于采集水體的濁度 信號，濁度信號的形式為電流信號；溫度測量模塊1，用于采集水體的溫度信號，溫度信號 的形式為電壓信號；傳感器電子數(shù)據(jù)表格(Transducer Electronic Data Sheet, TEDS)存 儲器6，用于存儲TEDS參數(shù)，TEDS參數(shù)包括符合IEEE1451. 2標準的通道信息以及反映溫度 和濁度關系的校準補償參數(shù)；信號調(diào)理模塊4，連接于光學測量模塊2和溫度測量模塊1與 微處理器5之間，用于分別對濁度信號和溫度信號進行處理，分別生成濁度電壓信號和溫 度電壓信號，并發(fā)送至微處理器5 ；微處理器5，與TEDS存儲器6相連接，還通過信號調(diào)理模 塊4分別與光學測量模塊2和溫度測量模塊1連接，用于對來自信號調(diào)理模塊4的濁度電 壓信號和溫度電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，并根據(jù)TEDS存儲器6中存儲的校準補償參數(shù)對 處理后的濁度電壓信號和溫度電壓信號進行計算處理生成濁度值和溫度值。本實施例還包括恒流源3，與光學測量模塊2連接，用于向光學測量模塊2提供 恒流電源；電源模塊9，與恒流源3、信號調(diào)理模塊4以及微處理器5連接，用于向恒流源3、 信號調(diào)理模塊4以及微處理器5提供穩(wěn)定的電源電壓。
進一步地，本實施例還包括總線接口模塊7，與微處理器5連接，用于輸出微處理 器5生成的經(jīng)過校正補償后的濁度值和溫度值。再如圖6、圖7所示，在上述技術(shù)方案中，光學測量模塊2包括光發(fā)射器27、光發(fā)射 器窗口玻璃24、光電接收器28和光電接收器窗口玻璃21，光發(fā)射器27和光發(fā)射器窗口玻 璃24之間還設置有透鏡26。其中光發(fā)射器27和光電接收器28與傳感器線路板30連接， 光發(fā)射器窗口玻璃24設置在光發(fā)射器27的正前方，光電接收器窗口玻璃21設置在光電接 收器28的正前方。優(yōu)選地，本實施例還包括超聲波清洗模塊8，與微處理器5連接，用于在微處理器 5的控制下，清除光發(fā)射器窗口玻璃24和光電接收器窗口玻璃21上的污垢，實現(xiàn)自清洗功 能。在上述方案中，信號調(diào)理模塊4包括電流轉(zhuǎn)換放大電路10和濾波放大電路11，電 流轉(zhuǎn)換放大電路10用于將光學測量模塊2采集的電流信號形式的濁度信號轉(zhuǎn)換為電壓信 號并對該電壓信號進行放大處理生成濁度電壓信號，濾波放大電路11用于對溫度信號和 濁度信號進行濾波，并對濾波后的溫度信號進行放大處理生成溫度電壓信號，溫度測量模 塊1采集的溫度信號先進入濾波放大電路11再進入電流轉(zhuǎn)換放大電路10。如圖2和圖3所示，本實施例的濁度傳感器包括四芯電纜12、螺旋壓鉚13、接線盒 14、接線盒底座20和防護罩15，四芯電纜12通過螺旋壓鉚13連接到接線盒14，接線盒14、 接線盒底座20和防護罩15依次相連形成一體結(jié)構(gòu)。其中，防護罩15的側(cè)面上設有進出水 孔16，防護罩底部17上設有進出水孔18，進出水孔16和進出水孔18均可以設置多個，優(yōu) 選為圓周分布，用于被測水體進出。如圖4和圖5所示，在本實施例中，螺旋壓鉚13和接線盒14之間設有電纜線密封 圈29，接線盒14和接線盒底座20之間設有接線盒密封圈19，接線盒底座20和防護罩15之 間設有防護罩密封圈25。接線盒密封圈19、電纜線密封圈29和防護罩密封圈25可以保證 整個濁度傳感器防水性能好，防護等級達到IP68，濁度傳感器內(nèi)部電子器件與水完全隔離， 使?jié)岫葌鞲衅骺梢越]于水體中工作，以便測定水體中不同深度的濁度和溫度。接線盒底 座20上設有光電接收器窗口玻璃21、振動膜22、壓蓋23和光發(fā)射器窗口玻璃24，壓蓋23 將振動膜22的周邊固定在接線盒底座20上，振動膜22、光發(fā)射器窗口玻璃24和光電接收 器窗口玻璃21所在的平面互相垂直。如圖6所示，在本實施例中，在接線盒14內(nèi)部設有傳感器線路板30，信號調(diào)理模塊 4、TEDS存儲器6、恒流源3、電源模塊9和總線接口模塊7集成在傳感器線路板30上，光學 測量模塊2、溫度測量模塊1和超聲波清洗模塊8設置在接線盒底座20中，接線盒底座20 和接線盒14連接形成密閉空間。優(yōu)選地，光學測量模塊2的光發(fā)射器27采用紅外線發(fā)光 二極管，光學測量模塊2的光電接收器28采用硅光電池，光發(fā)射器27和光電接收器28分 別與傳感器線路板30相連。溫度測量模塊1包括溫度探頭32，溫度探頭32與傳感器線路 板30相連。透鏡26用于匯聚光發(fā)射器27發(fā)射的光。這樣，光發(fā)射器27發(fā)射的光先經(jīng)過 透鏡26的匯聚形成平行光束，再透過光發(fā)射器窗口玻璃24在水體中散射，光電接收器28 接收透過光電接收器窗口玻璃21的散射光。光電接收器28將接收到的散射光轉(zhuǎn)換成電信 號傳輸至傳感器線路板30。溫度探頭32采集的溫度信號也傳輸至傳感器線路板30。如圖7所示，超聲波清洗模塊8包括超聲波發(fā)生器31、振動膜22和壓蓋23，超聲
7波發(fā)生器31和壓蓋23設置在接線盒底座20上，振動膜22位于超聲波發(fā)生器31正前方， 壓蓋23用于固定振動膜22的周邊，超聲波發(fā)生器31與傳感器線路板30相連。結(jié)合圖6 和圖7也可以看出，振動膜22、光發(fā)射器窗口玻璃24和光電接收器窗口玻璃21所在的平面 互相垂直。超聲波清洗模塊8清洗的光發(fā)射器窗口玻璃24和光電接收器窗口玻璃21上的 污垢在重力作用下向下運動，可以通過防護罩15底部的進出水孔18自動排出，不需要設置 專門的污垢排泄裝置，提高了濁度傳感器濁度測量結(jié)果的準確性，并且可以長期定點、無人 值守地進行濁度的測量。此外，光發(fā)射器27和光電接收器28的波峰一致，這樣可以獲得更 好的測量效果。在本實施例中，防護罩15除了設置進出水孔16，18用于被測水體進出外，還用于 屏蔽外界光源，減少外界光源對光學測量模塊2工作的干擾。因此，為了更好的測量效果， 進出水孔16在防護罩15上的位置高于光電接收器窗口玻璃21，進出水孔18在防護罩底部 17的分布靠近邊緣。在本實施例中，總線接口模塊7采用RS485總線接口，總線接口模塊7在協(xié)議上支 持IEEE1451. 2標準，傳感器線路板30通過四芯電纜12連接電源、接地以及連接總線接口 模塊7中的RS485總線接口的正極和負極，總線接口模塊7可實現(xiàn)即插即用功能。為增強系統(tǒng)的集成度，微處理器5可采用美國TI公司的MSP430系列單片機集成 電路芯片，也可以采用其它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理和控制的芯片。其中，MSP430系列單片機是 TI公司研發(fā)的16位超低功耗單片機，非常適合各種功率要求低的場合，特別適合于電池 應用的場合或手持設備。該單片機在1. 8V 3. 6V電壓、IMHz的時鐘條件下，耗電電流在 0. 1 400 μ A之間；含有P。 ？6共7個I/O 口、2個定時器Timer A,Timer B、1個看門狗， 內(nèi)部集成2K的RAM和60K的Flash，MSP430系列的Flash，可十萬次重復編程；MSP430系列 單片機均為工業(yè)級的產(chǎn)品，運行環(huán)境溫度為_40°C +85°C。MSP430單片機具有12位8路 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter, ADC)功能和DMA控制單元，可以分別為系統(tǒng) 采樣電路和數(shù)據(jù)傳輸部分采用，使得系統(tǒng)的硬件電路更加集成化、小型化?？赏ㄟ^MSP430 單片機內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器對濁度電壓信號和溫度電壓信號進行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換生成數(shù)字化的 濁度電壓信號和溫度電壓信號，由于上述轉(zhuǎn)換后的結(jié)果可在微處理器5內(nèi)部通過軟件實現(xiàn) 的數(shù)字濾波來消除光發(fā)射器27、光電接收器28和溫度探頭32由于自身工作環(huán)境改變而引 起的采集的數(shù)據(jù)信號的變化，因此可保證數(shù)據(jù)客觀準確。在本實施例中，恒流源3采用可調(diào)型低壓差線性集成穩(wěn)壓器LT1117，電流轉(zhuǎn)換 放大電路采用美國微芯科技公司(MicrochipTechnology Inc.)生產(chǎn)的精密運算放大器 MCP6031。符合IEEE1451. 2標準的通道信息可以采用Channe 1-TEDS，符合IEEE1451. 2標準 的校準補償參數(shù)可以采用Calibration-TEDS。另外，TEDS參數(shù)還可以包括Meta-TEDS。IEEE1451. 2標準定義的網(wǎng)絡化智能傳感器包括智能傳感器接口模塊(Smart Transducer Interface Module，STIM)禾口網(wǎng)絡適配器模塊(Network Capable Application Processor, NCAP)兩部分，智能傳感器接口模塊和網(wǎng)絡適配器模塊可通過傳感獨立接口 (Transducerlndependent Interface,TII)相連。智能傳感器接口模塊通過傳感器電子數(shù) 據(jù)表格(TEDS)進行傳感器數(shù)據(jù)的讀入和參數(shù)的設定，從而實現(xiàn)傳感器的“即插即用”功能。本實施例的濁度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)IEEE1451. 2中定義的智能傳感器接口模塊的功能，使用的部件是支持IEEE1451. 2標準的TEDS存儲器6和總線接口模塊7。其中，TEDS存 儲器6能夠?qū)怆娊邮掌?8和溫度探頭32的標定以及數(shù)據(jù)的校正等工作轉(zhuǎn)化為微處理 器5承擔的例行任務，TEDS存儲器6是濁度傳感器實現(xiàn)自校準、自補償?shù)戎悄芄δ艿幕A。本實施例的濁度傳感器的總線接口模塊7采用的是目前應用廣泛的RS485總線接 口，該RS485總線接口連接了熱拔插電路，可以實現(xiàn)RS485總線接口的熱拔插。通過該總線 接口模塊7可以與上位機或其它設備進行通訊。由于微處理器5采用MSP430單片機不能 直接連接RS485總線接口，因此在MSP430單片機與RS485總線接口之間設置RS485轉(zhuǎn)換電 路，用于將微處理器5的接口轉(zhuǎn)換為RS485總線接口。RS485轉(zhuǎn)換電路可采用美國TI公司 生產(chǎn)的一種RS485總線接口芯片SN75LBC184芯片。為了方便TEDS存儲器6中存儲內(nèi)容的 升級與更新，采用異步串行接口來下載TEDS并通過I2C總線轉(zhuǎn)存至FM24CL16鐵電存儲器 中。本實施例的濁度傳感器在實現(xiàn)智能傳感器接口模塊功能方面，主要是通過TEDS 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設計實現(xiàn)。在IEEE1451. 2標準中TEDS是核心內(nèi)容之一，其是一種嵌入于智能傳 感器接口模塊內(nèi)的表格，完整定義了智能傳感器接口模塊各個部分邏輯信息存儲和互操作 格式，也是對智能傳感器接口模塊各通道傳感器數(shù)據(jù)進行校正的基礎數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個符合 標準的傳感器自身帶有內(nèi)部信息，具體包括制造商、數(shù)據(jù)代碼、序列號、使用的極限以及校 準系數(shù)等。當系統(tǒng)上電時，上述內(nèi)部信息可以被提供給網(wǎng)絡適配器模塊以及系統(tǒng)其它部分。 TEDS分為8個可尋址部分，其中兩個必備的電子數(shù)據(jù)表格是=Meta-TEDS和Charmel-TEDS， 其余可按需要進行選擇。Meta-TEDS用于描繪TEDS信息、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、支持的通道數(shù)和通道極 限時間參數(shù)等有關智能傳感器接口模塊的總體信息；每個智能傳感器接口模塊通道包括1 個Charmel-TEDS，主要用于描述每個通道的具體信息，如描述通道物理屬性、糾正類型、返 回數(shù)據(jù)類型和格式通道的定時信息等。Calibration-TEDS用于存放校準補償參數(shù)，以實現(xiàn) 傳感器的自校正功能。本實施例的濁度傳感器為了實現(xiàn)自校正功能，在TEDS存儲器6中存儲有符合IEEE 1451. 2標準的Channel-TEDS和Calibration-TEDS0另外，TEDS存儲器6還存儲有符合 IEEE1451. 2標準的Meta-TEDS。其中，Calibration-TEDS用于實現(xiàn)溫度補償，它用于存放 溫度在O 40°C范圍的水體中濁度值與濁度電壓信號之間的對應曲線，該對應曲線是事先 在標準溶液中測量所得的數(shù)值形成的。如圖8所示，本實施例的濁度傳感器的微處理器5的工作流程具體包括首先，上 電初始化硬件狀態(tài)，調(diào)出存儲在FM24CL16鐵電存儲器中的TEDS參數(shù)，根據(jù)TEDS參數(shù)識別 探頭類型、制造商、序列號、通道數(shù)、物理類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，更具體地說是根據(jù)TEDS參數(shù) 中的Meta-TEDS識別探頭類型、制造商、序列號、通道數(shù)、物理類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等；其次，通 過自診斷程序測量電源電壓、探頭接口等信號，判斷濁度傳感器是否存在故障；然后，為了 降低功耗，微處理器5控制外部設備進入休眠狀態(tài)(也稱低功耗模式)，等待任務觸發(fā)。將 系統(tǒng)由休眠狀態(tài)喚醒的方式有兩種一種是在定時觸發(fā)采集請求下，進行模擬/數(shù)字(A/ D)數(shù)據(jù)采集并執(zhí)行相應數(shù)據(jù)處理，包括濁度和溫度的標定及補償；另一種是通過串行接口 接收外部設置參數(shù)、觸發(fā)測量、讀出參數(shù)與測量結(jié)果的請求，即智能傳感器接口模塊服務程 序。如圖9所示，為本實施例的濁度傳感器的校正補償(溫度補償)流程圖，溫度補償是本實施例的濁度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)的重要功能，在此，以使用福爾馬阱(Formazin)溶液在 溫度為20°C時測量的濁度為基準，TEDS存儲器中存儲有溫度在20°C時濁度值和濁度電壓 信號的對應曲線，經(jīng)補償后得到溫度在20°C時的濁度值。實現(xiàn)溫度補償主要是通過微處理 器中的數(shù)據(jù)處理子程序模塊，具體步驟包括Si、讀取對溫度探頭32輸出的溫度信號進行轉(zhuǎn)換后生成的溫度電壓信號X，同時， 讀取對光電接收器28輸出的濁度信號進行轉(zhuǎn)換后生成的濁度電壓信號y ；分別讀取三次， 得到三組溫度、濁度電壓信號=Ix^y1 ；x2>y2 ；x3>y3}；
yx = axf +bxx+cS2、解聯(lián)立方程式< _y2 = OX22 +bx2+c，得到修正系數(shù)a，b，c和濁度隨溫度變化的電
y3 = axl + bx3 + c
壓信號計算公式-.1 = ax2+bx+c ；S3、根據(jù)溫度電壓信號和溫度的對應曲線得到溫度在20°C時的溫度電壓信號x2Q ；S4、將溫度電壓信號X2tl代入計算公式y(tǒng) = aX2+bX+c，得到溫度在20°C時的濁度電 壓信號y2(1 ；S5、根據(jù)溫度在20°C時的濁度值和濁度電壓信號的對應曲線對濁度電壓信號y2Q 進行計算得出20°C時水體的濁度值。通過上述實施例可以看出，本實施例的濁度傳感器既設有光學測量模塊又設有溫 度測量模塊，因此能夠同時對一個測點進行溫度和濁度測量，保證被測點位置上的同一性 和參數(shù)在時間上的實時性，適應了自動化監(jiān)控技術(shù)的檢測要求。本實施例的濁度傳感器設 置的超聲波清洗模塊，能夠有效地清除光發(fā)射器窗口玻璃和光電接收器窗口玻璃上的污 垢，并且污垢能夠自動排出，提高測量結(jié)果的準確性，能夠?qū)崿F(xiàn)長期定點、無人值守地進行 濁度的測量。本實施例的濁度傳感器采用單片機技術(shù)和光電檢測技術(shù)相結(jié)合，簡化了硬件 電路，擴充了測量功能，并采用IEEE1451的自補償方法，能夠保證溫度電壓信號和濁度電 壓信號獲取的同時性，并通過內(nèi)嵌的補償方法進行溫度補償，提高了濁度測量精度。而且本 實施例的濁度傳感器采用全數(shù)字總線傳送信號，克服了現(xiàn)有技術(shù)中傳感器輸出4 20mA模 擬電流標準信號導致的分辨率低而限制測量范圍的問題，擴充了測量范圍。本實施例的濁 度傳感器采用基于IEEE1451標準的網(wǎng)絡化智能傳感器，利用智能傳感器接口模塊和電子 數(shù)據(jù)表格進行傳感器數(shù)據(jù)的讀入和執(zhí)行器參數(shù)的設定來實現(xiàn)傳感器的“即插即用”功能。本實施例的濁度傳感器通過設置透鏡匯聚光發(fā)射器發(fā)射的光產(chǎn)生平行光束，能夠 提高濁度測量的精度；通過在傳感器線路板上集成化設計，有利于濁度傳感器的微型化； 通過接線盒和接線盒底座的密封設計，有利于提高濁度傳感器的防水性和可靠性，能夠在 線檢測；通過設置防護罩，減少了外界光源對濁度測量的干擾。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換 也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.濁度傳感器，其特征在于，包括光學測量模塊(2)，用于采集水體的濁度信號；溫度測量模塊(1)，用于采集水體的溫度信號；TEDS存儲器(6)，用于存儲TEDS參數(shù)，所述TEDS參數(shù)包括反映溫度和濁度關系的校準 補償參數(shù)；微處理器(5)，與所述光學測量模塊(2)、溫度測量模塊(1)以及TEDS存儲器(6)連接， 用于對所述濁度信號和溫度信號進行處理，并根據(jù)所述校準補償參數(shù)對處理后的濁度信號 和溫度信號進行計算處理生成濁度值和溫度值。
2.如權(quán)利要求1所述的濁度傳感器，其特征在于，還包括信號調(diào)理模塊(4)，連接于 所述光學測量模塊(2)和溫度測量模塊(1)與微處理器(5)之間，用于分別對所述濁度信 號和溫度信號進行處理，分別生成濁度電壓信號和溫度電壓信號，并發(fā)送至所述微處理器 (5)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的濁度傳感器，其特征在于，還包括與所述光學測量模塊 (2)連接的恒流源(3)，以及與所述恒流源(3)、信號調(diào)理模塊(4)以及微處理器(5)連接的 電源模塊(9)。
4.如權(quán)利要求1所述的濁度傳感器，其特征在于，還包括與所述微處理器(5)連接的 總線接口模塊⑵。
5.如權(quán)利要求1所述的濁度傳感器，其特征在于，所述光學測量模塊(2)包括光發(fā)射器 (27)、光發(fā)射器窗口玻璃(24)、光電接收器(28)和光電接收器窗口玻璃(21)，所述光發(fā)射 器(27)和光電接收器(28)與傳感器線路板(30)連接，所述光發(fā)射器窗口玻璃(24)設置 在光發(fā)射器(27)正前方，所述光電接收器窗口玻璃(21)設置在光電接收器(28)正前方。
6.如權(quán)利要求5所述的濁度傳感器，其特征在于，還包括與所述微處理器(5)連接 的超聲波清洗模塊(8)，用于清除所述光發(fā)射器窗口玻璃(24)和所述光電接收器窗口玻璃 (21)上的污垢。
7.如權(quán)利要求1-6任一所述的濁度傳感器，其特征在于，所述信號調(diào)理模塊(4)、TEDS 存儲器(6)、恒流源(3)、電源模塊(9)和總線接口模塊(7)集成在所述傳感器線路板(30) 上，所述傳感器線路板(30)密封在接線盒(14)中；所述光學測量模塊(2)、溫度測量模塊 (1)和所述超聲波清洗模塊(8)設置在接線盒底座(20)中，所述接線盒底座(20)和所述接 線盒(14)連接形成密閉空間。
8.如權(quán)利要求5所述的濁度傳感器，其特征在于，所述光學測量模塊(2)還包括透鏡 (26)，所述透鏡(26)設置在所述光發(fā)射器(27)和所述光發(fā)射器窗口玻璃(24)之間。
9.如權(quán)利要求7所述的濁度傳感器，其特征在于，所述接線盒底座(20)與防護罩(15) 連接，所述防護罩(15)的側(cè)面和底部設有進出水孔(16，18)。
10.如權(quán)利要求6所述的濁度傳感器，其特征在于，所述超聲波清洗模塊(8)包括超聲 波發(fā)生器(31)、振動膜(22)和壓蓋(23)，所述超聲波發(fā)生器(31)和壓蓋(23)設置在接線 盒底座(20)上，所述壓蓋(23)固定于所述振動膜(22)的周邊，所述振動膜(22)、所述光發(fā) 射器窗口玻璃(24)和所述光電接收器窗口玻璃(21)所在的平面互相垂直。
11.如權(quán)利要求7所述的濁度傳感器，其特征在于，還包括通過螺旋壓鉚(13)與所述傳 感器線路板(30)連接的四芯電纜(12)，所述螺旋壓鉚(13)與所述接線盒(14)之間設有電纜線密封圈(29)，所述接線盒(14)與所述接線盒底座(20)之間設有接線盒密封圈(19)。
12.如權(quán)利要求2所述的濁度傳感器，其特征在于，所述信號調(diào)理模塊(4)包括 電流轉(zhuǎn)換放大電路(10)，用于將所述濁度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并對轉(zhuǎn)換后的電壓信號進行放大處理生成所述濁度電壓信號；濾波放大電路(11)，用于對所述溫度信號和所述濁度信號進行濾波，并對濾波后的溫 度信號進行放大處理生成溫度電壓信號。
13.如權(quán)利要求1所述的濁度傳感器，其特征在于，所述TEDS存儲器(6)存儲的TEDS 參數(shù)還包括通道信息，所述通道信息和校正補償參數(shù)符合IEEE1451. 2標準。
14.如權(quán)利要求5所述的濁度傳感器，其特征在于，所述溫度測量模塊(1)包括溫度探 頭(32)；所述溫度探頭(32)、所述光發(fā)射器(27)和光電接收器(28)均與所述傳感器線路 板(30)連接；所述光發(fā)射器(27)和光電接收器(28)的波峰一致。
全文摘要
本發(fā)明涉及傳感器測量技術(shù)領域，具體公開了一種濁度傳感器，包括光學測量模塊，用于采集水體的濁度信號；溫度測量模塊，用于采集水體的溫度信號；傳感器電子數(shù)據(jù)表格TEDS存儲器，用于存儲TEDS參數(shù)，TEDS參數(shù)包括反映溫度和濁度關系的校準補償參數(shù)；以及微處理器，與所述光學測量模塊、溫度測量模塊以及TEDS存儲器連接，用于對濁度電壓信號和溫度電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，并根據(jù)校準補償參數(shù)計算處理生成濁度值。本發(fā)明的濁度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對測量的濁度進行溫度補償，提高了濁度測量精度，而且具有自清洗功能，可以對水質(zhì)濁度在線檢測。
文檔編號G01N21/01GK102004077SQ20101050465
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者丁啟勝, 臺海江, 李道亮, 趙霖林, 馬道坤 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學