雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀，包括信號處理單元，測量室，測量室內(nèi)設置有光源，其特征在于，在光源下方設置有半反半透鏡，半反半透鏡下方設置有準直透鏡，測量室內(nèi)設置有探測器一，光源經(jīng)半反半透鏡反射后被探測器一接收并傳送至信號處理單元，光源經(jīng)半反半透鏡透射后經(jīng)過準直透鏡入射到被檢測水樣中，與平行光垂直的方向上設置有匯聚透鏡和探測器二，平行光經(jīng)被檢測水樣90°散射后的光線，經(jīng)匯聚透鏡匯聚被探測器二接收并傳送至信號處理單元，匯聚透鏡和探測器二位于被檢測水樣內(nèi)，準直透鏡位于被檢測水樣上方，信號處理單元對接收的信號進行處理，得到被檢測水樣的濁度值。結(jié)構簡單，體積小巧，測量精度更高。
【專利說明】雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及水質(zhì)濁度測量儀領域，尤其涉及雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀。
【背景技術】
[0002]濁度是水中的不同大小、比重、形狀的懸浮物、膠體物質(zhì)和微生物等雜質(zhì)對光所產(chǎn)生效應的一種術語。濁度是表示水質(zhì)重要的物理外觀指標之一，隨著我們生活水平的提高，水的“濁度”這一名詞已越來越廣泛地應用于生產(chǎn)科研，而且也越來越走進我們的生活。我國目前大多數(shù)使用透射光濁度測量儀，因為國產(chǎn)廠家生產(chǎn)的主要以這種類型為主，而在國際上像英美日等國家，則以散射光濁度測量儀(測90°散射光)居多。一般認為，散射光濁度測量儀從原理上更符合濁度的定義，而且在應用上其對低濁度情況下的測量更加精準，散射光濁度測量儀相對于透射光濁度測量儀更為合理。
[0003]隨著國家對飲用水水質(zhì)安全嚴格法規(guī)的建立，準確的測量低濁度水樣的系統(tǒng)技術必須逐漸改善。為保證飲用水管網(wǎng)末梢濁度滿足2006年頒布《生活飲用水衛(wèi)生標準GB5749-2006))1NTU以下的要求，水廠出廠水的濁度應控制在0.5NTU左右。很多城市供水企業(yè)將出廠水內(nèi)控指標控制在0.1NTU以下，以保證飲用水的微生物學安全。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年所需工業(yè)濁度測量儀總量約1000臺左右，目前幾乎80%都是采用進口儀器，而國外濁度測量儀價格昂貴，零配件及維修費用昂貴，還存在使用不方便等問題。但是市面上國產(chǎn)濁度測量儀在測量精度和測量效果上，與進口儀器還存在很大差距，很難應用到需要低量程甚至超低量程例如飲用水水質(zhì)監(jiān)測上去?，F(xiàn)有的采用雙光路檢測的濁度測量儀，大多數(shù)采用分光束或多級透鏡組與擺鏡式光束分束裝置，結(jié)構復雜，儀器體積龐大不利于在小型水站的普及。本發(fā)明就是在超低量度上彌補國內(nèi)的缺口，同時本發(fā)明自帶有GPRS數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，使小型水電站的建立更加的方便簡單。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種能符合《生活飲用水衛(wèi)生標準GB5749-2006》的超低量程水質(zhì)濁度測量儀，采用雙光路散射式測量方法，測量精度更準確，進一步的，在濁度測量儀上設計GPRS模塊，方便數(shù)據(jù)的傳輸通信，可以方便快捷的進行小型水電站的建設。雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀結(jié)構簡單、精度準確，具有良好的推廣前景。
[0005]為實現(xiàn)上述技術目的，達到上述技術效果，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn):
雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀，包括信號處理單元，測量室，測量室內(nèi)設置有光源，其特征在于，在光源下方設置有一個與光軸成45°的、將光源發(fā)出的光分為兩束的半反半透鏡，半反半透鏡下方設置有準直透鏡，測量室內(nèi)設置有探測器一，光源經(jīng)半反半透鏡反射后作為雙光路測量中的參考信號被探測器一接收并傳送至信號處理單元，光源經(jīng)半反半透鏡透射后再經(jīng)過準直透鏡形成平行光平行入射到被檢測水樣中，在與平行光垂直的方向上設置有匯聚透鏡和探測器二，平行光經(jīng)被檢測水樣90°散射后的光線，經(jīng)匯聚透鏡匯聚作為雙光路測量中的測量信號被探測器二接收并傳送至信號處理單元，匯聚透鏡和探測器二位于被檢測水樣內(nèi)，準直透鏡位于被檢測水樣上方，信號處理單元對接收的參考信號和測量信號進行處理，得到被檢測水樣的濁度值。
[0006]水質(zhì)濁度測量儀整體結(jié)構比較精簡，在光路設計上采用雙光路散射式測量方法，引入?yún)⒖脊庑盘枺蔀楣庠此p補償，增加定標后的有效工作時間，減少定標維護工作量。不同粒徑的顆粒對光的散射是不同的，而只有與入射光中心線成直角(90° )的散射光強度對于不同粒徑的顆粒是相同的，而且散射光強度與濁度值成線性關系。所以本專利采用90°散射光強作為信號光強，與參考光強進行比較，通過濁度值與散射光強的線性關系得出濁度值。信號處理單元對接收的參考信號和測量信號進行處理，使測量精度更加準確。本發(fā)明采用獨到的半反半透鏡的設計，結(jié)構簡單，儀器體積小巧，同時又能達到很高的測量精度，可以廣泛應用在水站的飲用水濁度檢測。
[0007]進一步的，還包括除氣泡裝置，所述除氣泡裝置包括若干個折流板，被檢測水樣流經(jīng)除氣泡裝置后進入測量室。具有除氣泡裝置的濁度測量儀可以有效減少水中氣泡對于結(jié)果的干擾，測量穩(wěn)定準確，適合在低濁度、超低濁度水的精確測量。
[0008]進一步的，還包括與信號處理單元相連的GPRS模塊，通過串口與信號處理單元通信，使用AT指令集作為GPRS模塊的通信協(xié)議。所述GPRS模塊可以對戶外監(jiān)控對象進行實時檢測，隨時隨地將被檢測水樣的濁度值傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，可以監(jiān)控到通信網(wǎng)絡所到達的任何地方。為用戶提供方便、穩(wěn)定、高速的數(shù)據(jù)傳輸。應用于小型水站建設中，簡單方便，尤其是對于農(nóng)村飲用水的濁度檢測，具有相當大的優(yōu)勢。
[0009]進一步的，在探測器二的上端設置有用于阻擋光源直射光對探測器二接收測量信號干擾的擋板。主要是阻擋住光源的直接出射光線，減少其他光線對于散射光線接收的影響。
[0010]進一步的，所述光源發(fā)出的光波長在400?600nm之間。采用短波長的光，對于小顆粒的散射更為敏感。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用獨到的半反半透鏡的設計，結(jié)構簡單，儀器體積小巧，同時又能達到很高的測量精度，可以廣泛應用在水站的飲用水濁度檢測。尤其適合在低濁度、超低濁度水的精確測量。自帶GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊，能夠快速準確的將測量結(jié)果實時傳輸，而不需要單獨建造傳輸設備，只需要應用現(xiàn)有的GPRS網(wǎng)絡就可以實現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀的側(cè)面示意圖；
圖2為本發(fā)明雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀的的俯視圖；
圖3為系統(tǒng)的整體結(jié)構簡易不意圖；
圖4為GPRS模塊通信電路的一個實施方案；
圖5為系統(tǒng)軟件流程圖；
附圖的標記含義如下:
1:測量室；2:匯聚透鏡；3:探測器二 ；4:擋板；5:準直透鏡；6:光源；7:除氣泡裝置；8:控制單元；9:信號處理單元；10:入水管道；11:入水閥門；12:出水閥門；13:半反半透鏡；14:探測器一 ；15:水位線；16:溢水口?！揪唧w實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明技術方案作進一步的詳細描述，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。
[0014]如圖1所示，雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀，包括信號處理單元9，測量室1，測量室I內(nèi)設置有光源6，圖中是LED光源6，優(yōu)選光源6發(fā)出的光波長在400?600nm之間，采用短波長的光，對于小顆粒的散射更為敏感。在光源6下方設置有一個與光軸成45°的半反半透鏡13，半反半透鏡13下方設置有準直透鏡5，測量室I內(nèi)設置有探測器一 14，半反半透鏡13將光源6所發(fā)出的光分為兩束，光源6經(jīng)半反半透鏡13反射后作為雙光路測量中的參考信號被探測器一 14接收并傳送至信號處理單元8，光源6經(jīng)半反半透鏡13透射后再經(jīng)過準直透鏡5形成平行光平行入射到被檢測水樣中。根據(jù)散射光理論，不同粒徑的顆粒對光的散射是不同的，而只有與入射光中心線成直角(90° )的散射光強度對于不同粒徑的顆粒是相同的，而且散射光強度與濁度值成線性關系。所以本專利采用90°散射光強作為信號光強，與參考光強進行比較，通過濁度值與散射光強的線性關系得出濁度值。在與平行光垂直的方向上設置有匯聚透鏡2和探測器二 3，平行光經(jīng)被檢測水樣90°散射后的光線，經(jīng)匯聚透鏡2匯聚作為雙光路測量中的測量信號被探測器二 3接收并傳送至信號處理單元
8。匯聚透鏡2和探測器二 3位于被檢測水樣內(nèi)，準直透鏡5位于被檢測水樣上方，信號處理單元8對接收的參考信號和測量信號進行比較、處理，得到被檢測水樣的濁度值。由于探測器一 14和探測器二 3接收到的信號比較弱，因此可以先將探測器一 14和探測器二 3接收到的信號經(jīng)過控制單元8放大處理后傳送給信號處理單元8處理，另外控制單元8還控制著電源的發(fā)射。圖2是其俯視圖。在光路設計上采用雙光路散射式測量方法，使測量精度更加準確。本發(fā)明采用獨到的半反半透鏡13的設計，結(jié)構簡單，儀器體積小巧，同時又能達到很高的測量精度，可以廣泛應用在水站的飲用水濁度檢測。
[0015]進一步的，雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀，還包括除氣泡裝置7，除氣泡裝置7包括若干個折流板，測量時，被檢測水樣通過入水閥門11經(jīng)過入水管道10進入到除氣泡裝置7，流經(jīng)除氣泡裝置7后水流可以讓氣泡附著在折流板的表面上，或者上升到水面，進入空氣中。具有除氣泡裝置7的濁度測量儀可以有效減少水中氣泡對于結(jié)果的干擾，測量穩(wěn)定準確，適合在低濁度、超低濁度水的精確測量。經(jīng)過除氣泡裝置7以后，被檢測水樣流入測量室I。相對應的，在測量室I的一側(cè)設置有可控制被檢測水樣水位高度的溢水口 16，可以控制測量室I中的被檢測水樣水位高度恒定在如圖所示15的位置，使之沒過匯聚透鏡2和探測器二 3，但不會將準直透鏡5淹沒，以保證探測器一 14接收到的就是參考光線，不會有散射光線進入，同時探測器二 3接收到的是經(jīng)過被檢測水樣散射的光線。優(yōu)選在探測器二 3的上端設置有用于阻擋光源6直射光對探測器二 3接收測量信號干擾的擋板4。進一步提高測量精度。同時該發(fā)明還設有出水閥門12，當測量結(jié)束時可以將測量小室I中的水排掉。
[0016]進一步的，雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀，還包括與信號處理單元8相連的GPRS模塊9。信號處理單元8可以是單片機，GPRS模塊通過串口與單片機相連，使用AT指令集作為GPRS模塊的通信協(xié)議。GPRS模塊可以對戶外監(jiān)控對象進行實時檢測，隨時隨地將被檢測水樣的濁度值傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，可以監(jiān)控到通信網(wǎng)絡所到達的任何地方。為用戶提供方便、穩(wěn)定、高速的數(shù)據(jù)傳輸。應用于小型水站建設中，簡單方便，尤其是對于農(nóng)村飲用水的濁度檢測，具有相當大的優(yōu)勢。
[0017]如圖3所示，是系統(tǒng)的概述原理圖。通過單片機利用脈沖波控制光源的發(fā)射，雙光路兩個探測器所采集到的電信號經(jīng)過濾波放大處理后進入到單片機。所采集到的信號在單片機中進行計算處理，通過出廠前定標的濁度值與光強信號的線性關系，計算出被測水樣的濁度值。單片機最后將測量結(jié)果發(fā)送至GPRS模塊，啟動GPRS模塊接入internet最終將測量結(jié)果發(fā)送至監(jiān)控中心。圖4是GPRS模塊通信電路的其中一個方案，采用12C5A60S2單片機和SIM300無線通信模塊構成數(shù)據(jù)采集終端。圖5為該系統(tǒng)的軟件流程圖。通過單片機控制處理，實現(xiàn)濁度值的實時測量和傳輸。
[0018]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構或者等效流程變換，或者直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀，包括信號處理單元，測量室，測量室內(nèi)設置有光源，其特征在于，在光源下方設置有一個與光軸成45°的、將光源發(fā)出的光分為兩束的半反半透鏡，半反半透鏡下方設置有準直透鏡，測量室內(nèi)設置有探測器一，光源經(jīng)半反半透鏡反射后作為雙光路測量中的參考信號被探測器一接收并傳送至信號處理單元，光源經(jīng)半反半透鏡透射后再經(jīng)過準直透鏡形成平行光平行入射到被檢測水樣中，在與平行光垂直的方向上設置有匯聚透鏡和探測器二，平行光經(jīng)被檢測水樣90°散射后的光線，經(jīng)匯聚透鏡匯聚作為雙光路測量中的測量信號被探測器二接收并傳送至信號處理單元，匯聚透鏡和探測器二位于被檢測水樣內(nèi)，準直透鏡位于被檢測水樣上方，信號處理單元對接收的參考信號和測量信號進行處理，得到被檢測水樣的濁度值。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀，其特征在于，還包括除氣泡裝置，所述除氣泡裝置包括若干個折流板，被檢測水樣流經(jīng)除氣泡裝置后進入測量室。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀，其特征在于，還包括與信號處理單元相連的GPRS模塊，所述GPRS模塊將被檢測水樣的濁度值實時傳輸出去。
4.根據(jù)權利要求2所述的雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀，其特征在于，在探測器二的上端設置有用于阻擋光源直射光對探測器二接收測量信號干擾的擋板。
5.根據(jù)權利要求2所述的雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀，其特征在于，在測量室的一側(cè)設置有可控制被檢測水樣水位高度的溢水口。
6.根據(jù)權利要求5所述的雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀，其特征在于，在測量室外部設置有入水管道和入水閥門，被檢測水樣通過入水閥門經(jīng)過入水管道進入到除氣泡裝置。
7.根據(jù)權利要求1所述的雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀，其特征在于，還設置有控制單元，所述控制單元用于控制電源的發(fā)射并將探測器一、探測器二接收到的信號放大處理后傳送給信號處理單元處理。
8.根據(jù)權利要求1-7任意一項所述的雙光路散射水質(zhì)濁度測量儀，其特征在于，所述光源發(fā)出的光波長在400?600nm之間。
【文檔編號】G01N21/49GK103454252SQ201310391422
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權日:2013年9月2日
【發(fā)明者】姚軍, 李偉, 費霞, 王宇琪, 趙亞亭, 薛偉強, 張雅婧 申請人:蘇州奧特福環(huán)境科技有限公司