专利名称：大动态范围液体浊度检测光路结构及检测方法
技术领域：
本发明属于环境监测技术与分析领域，具体是一种液体浊度检测光路及检测方法。
背景技术：
为了提高给水净化技术和生产管理水平，实现水质的在线检测十分重要。浊度检 测是水质检测的重要参数，在以往水质检测的运行中，浊度的检测采用比色、比光等方法进 行人工测定，得到的数据随机性和离散性比较大，现在采用在线连续测量，将数据立即转换 为电信号，能保证检测的稳定性和准确性。在国际标准(IS07027-1984)中，透射法和散射 法定为浊度仪设计的两种标准测量方法。透射法是用一束光穿过一定厚度的水样体，通过 测量水样中悬浮颗粒物对入射光的吸收和散射所引起的透射光强度的衰减量来确定水样 的浊度。散射法则是通过测量穿过水样的入射光束被水样悬浮颗粒物散射所产生的散射光 强来确定水样浊度。透射法的原理和仪器的设计相对简单，能获得较大的浊度测量范围，但 在测量低浊度时，由于微小的浊度变化所引起的透射光变化率很小，故对光电接收元件和 放大器的分辨率和稳定性要求比较高，由于我国光源和传感器技术较落后，所以制成的透 射式浊度仪与国外同类产品相比，技术性能差距比较大；而测量非常低的浊度时，散射法测 量对光源及电路的稳定性要求相对较低，易于实现对仪器的稳定性要求，但是所测浊度范 围较大时，散射法得到的光电转换信号将不再是浊度的线性函数，散射法在测量范围上有 其局限性，散射法一般只用于较低浊度的测量，工业浊度仪上使用散射法的就比较少。
发明内容
在散射法与透射法的基础之上，本发明提供一种独特的液体浊度检测光路结构及 相配套的检测方法，实现了透射喜好与散射信号的联合测量，克服了单一方法在精度和量 程上的缺陷，同时利用调制解调技术有效地排除了背景光的干扰，大幅度提高测量的准确 性，从而实现较大变化范围内水浊度的精确检测，确保以该方法设计的浊度仪具有较好的 检测能力，能够满足大动态范围水浊度精确检测的需求。本发明的技术方案如下一种大动态范围液体浊度检测光路结构，其特征在于包括壳体，所述的壳体上安 装有中间具有槽形凹腔的盖板，所述的凹腔右侧壁成台阶状结构，所述盖板上凹腔左侧壁、 凹腔底部、凹腔左拐角处、右侧壁上部、右侧壁下部分别安装光窗，所述的左侧壁上光窗后 方的壳体内依次安装有凸透镜、探测光源，所述的凹腔底部、凹腔左拐角处、右侧壁上部、右 侧壁下部光窗后方的壳体分别安装有凸透镜与光探测器，分别构成第一、第二散射光路、长 皿透射光路、短皿透射光路，从探测光源发出的光，经过其前方的凸透镜扩束后入射到凹腔 中的液体中，经过右侧壁上部、右侧壁下部的光窗分别被其后方的光探测器接收；凹腔底 部、凹腔左拐角处光窗后方的光探测器分别接收从探测光源发出的光在液体中的散射光， 所述的各个光探测器输出的电信号分别输入到由放大解调电路转化为直流电压信号，用于计算液体浊度；所述的探测光源通过调制电路实现脉冲调制。所述的大动态范围液体浊度检测光路结构，其特征在于所述的探测光源采用红外 LED, LED发光阴极位于凸透镜焦点；所述的光探测器采用光电池，位于凸透镜焦点；所述的 的第一、第二散射光路中，凹腔底部、凹腔左拐角处光窗后方的光探测器分别用于接收过经 过衰减后的与入射光成90°角及140°角的散射光。所述的光路结构检测液体浊度的方法，其特征在于(1)、当水样浊度较高，> 400NTU时，采用长短皿法计算浊度T，这样可以不用考虑 光源的老化
权利要求
1.一种大动态范围液体浊度检测光路结构，其特征在于包括壳体，所述的壳体上安装 有中间具有槽形凹腔的盖板，所述的凹腔右侧壁成台阶状结构，所述盖板上凹腔左侧壁、凹 腔底部、凹腔左拐角处、右侧壁上部、右侧壁下部分别安装光窗，所述的左侧壁上光窗后方 的壳体内依次安装有凸透镜、探测光源，所述的凹腔底部、凹腔左拐角处、右侧壁上部、右侧 壁下部光窗后方的壳体分别安装有凸透镜与光探测器，分别构成第一、第二散射光路、长皿 透射光路、短皿透射光路，从探测光源发出的光，经过其前方的凸透镜扩束后入射到凹腔中 的液体中，经过右侧壁上部、右侧壁下部的光窗分别被其后方的光探测器接收；凹腔底部、 凹腔左拐角处光窗后方的光探测器分别接收从探测光源发出的光在液体中的散射光，所述 的各个光探测器输出的电信号分别输入到由放大解调电路转化为直流电压信号，用于计算 液体浊度；所述的探测光源通过调制电路实现脉冲调制。
2.根据权利要求1所述的大动态范围液体浊度检测光路结构，其特征在于所述的探测 光源采用红外LED，LED发光阴极位于凸透镜焦点；所述的光探测器采用光电池，位于凸透 镜焦点；所述的的第一、第二散射光路中，凹腔底部、凹腔左拐角处光窗后方的光探测器分 别用于接收过经过衰减后的与入射光成90°角及140°角的散射光。
3.利用权利要求1或2所述的光路结构检测液体浊度的方法，其特征在于(1)、当水样浊度较高，>400NTU时，采用长短皿法计算浊度T，这样可以不用考虑光源 的老化
全文摘要
本发明公开了一种大动态范围液体浊度检测光路结构及检测方法，在槽形凹腔的中分别设置红外发射光路、第一、第二散射光路、长皿透射光路、短皿透射光路，从探测光源发出的光，经过其前方的凸透镜扩束后入射到凹腔中的液体中，分别被光探测器接收，所述的各个光探测器输出的电信号分别输入到由放大解调电路转化为直流电压信号，用于计算液体浊度；所述的探测光源通过调制电路实现脉冲调制。完全满足各种水体不同浓度浊度精确检测的需求，可以用于环境监测部门对水浊度做在线快速检测，也可以安装于浮标上或者自动监测站中对固定监测点的水浊度进行长期连续检测，具有良好的市场前景。
文档编号G01N21/59GK102128814SQ201010580650
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者于绍慧, 刘文清, 张恺, 张玉钧, 段静波, 殷高方, 王志刚, 王欢博, 石朝毅, 肖雪 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所