专利名称：一种基于光敏二极管的浊度测量电路的制作方法
技术领域：
本发明属于微弱信号检测领域，尤其是一种基于光敏二极管的浊度测量电路。
背景技术：
现在用的浊度传感器绝大多数都是光电浊度计，用光电池之类的器件将光源发出的光接收并转换为电信号进行处理。浊度概念在许多行业中都要得到应用。在自来水厂就需要严格控制水质，以保证人们的身体健康，饮用水中悬浮物太多会增加传染病的发病几率。水文站也需要对水质进行监控。而大气研究者需要多空气的污染程度进行研究，各种工厂的废气排放，以及液压阀的使用都要对使用媒质的污染程度进行研究。还有啤酒生产、 药剂生产、制造胶片、生产玻璃、制造纸张都要在生产流程中对媒质浊度进行监控。在医学研究中浊度也是经常用到的概念，例如对血液中各种细胞、细菌数目以及各种物质含量的测定都要用到浊度的概念。对内河进行浊度监测，可以了解泥沙流失情况，水污染情况以及水中微生物的含量。对近海水域进行浊度监测，可以了解悬浮生物的含量。对深海环境进行浊度监测，可以探测悬浮生物含量和海底异常情况，来寻找矿床或感兴趣的环境。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于光敏二极管的浊度测量电路。本发明解决技术问题所采用的技术方案是
一种基于光敏二极管的浊度测量电路包括发射电路和接收电路两部分。发射电路部分包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第i^一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十一滤波电容C11、第十二滤波电容C12、第十三滤波电容 C13、第十四滤波电容C14、发射二极管D1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三运算放大器 U3、NE555P 定时器 U4。第八电阻R8 —端接NE555P定时器U4的7脚，另一端接NE555P定时器U4的2脚禾口 6脚，第九电阻R9 —端接NE555P定时器U4的4脚，另一地端接NE555P定时器U4的7 脚，第十电阻RlO —端接NE555P定时器U4的3脚，另一端接第一三极管Ql的基极，第十一电容Cl 1 一端接NE555P定时器U4的2和6脚，另一端接地，第十二电容C12 —端接NE555P 定时器U4的5脚，另一端接地，NE555P定时器U4的1脚接地，2脚和6脚连接，4脚和8脚接电压为+3. 3V的电源，第十一电阻Rll —端接第一三极管Ql的集电极，另一端接第三运算放大器U3的同相输入端，第十二电阻R12 —端接第三运算放大器U3的同相输入端，另一端接地，第十三电容C13 —端接第三运算放大器U3的同相电源输入端，另一端接地，第十四电容C14 一端接第三运算放大器U3的反相电源输入端，另一端接地，第一三极管Ql的基极接第十电阻R10，集电极接第十一电阻Rl 1，发射极接电压为+3. 3V的电源，第二三极管Q2 的基极接第三运算放大器U3的输出端，集电极接发射二极管D1，发射极接第三运算放大器 U3的反相输入端，第十三电阻R13 —端接第三运算放大器U3的反相输入端，另一端接地，发射二极管Dl—端接电压为+5V的电源，另一端接第二三极管Q2的集电极，第三运算放大器U3的同相电源输入端接电压为+3. 3V的电源，反相电源输入端接电压为-3. 3V的电源。接收电路部分包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻 R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一相位补偿电容Cl、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、 第四滤波电容C4、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第八滤波电容C8、 第九滤波电容C9、第十滤波电容C10、接收二极管D2、第一运算放大器Ul、第二运算放大器 U2。第一电阻Rl —端接地，另一端接第一运算放大器Ul的同相输入端，第一电容Cl 一端接地，另一端接第一运算放大器Ul的同相输入端，第二电阻R2—端接第一运算放大器 Ul的反相输入端，另一端接第一运算放大器Ul的输出端，第二电容C2—端接第一运算放大器Ul的反相输入端，另一端接第一运算放大器Ul的输出端，第三电阻R3 —端接第一运算放大器Ul的输出端，另一端接第二运算放大器U2的反相输入端，第三电容C3 —端接第一运算放大器Ul的输出端，另一端接地，第四电容C4 一端接第二运算放大器U2的反相输入端，另一端接地，第六电容C6—端接第一运算放大器Ul的同相电源输入端，另一端接地，第七电容C7 —端接第一运算放大器Ul的反相电源输入端，另一端接地，第五电阻R5 —端接地，另一端接第二运算放大器U2的同相输入端，第五电容C5—端接第二运算放大器U2的反相输入端，另一端接第二运算放大器U2的输出端，第四电阻R4 —端接地，另一端接第二运算放大器U2的反相输入端，第六电阻R6 —端接第二运算放大器U2的反相输入端，另一端接第二运算放大器U2的输出端，第七电阻R7 —端接第二运算放大器U2的输出端，另一端接A/D转换芯片的第三位，第八电容C8 —端接第二运算放大器U2的同相电源输入端，另一端接地，第九电容C9 一端接第二运算放大器U2的反相电源输入端，另一端接地，第十电容ClO —端接地，另一端接A/D转换芯片的第三位，接收二极管D2的一端接电压为+5V的电源，另一端接第一运算放大器Ul的反相输入端，第一运算放大器Ul的同相电源输入端接电压为+3. 3V的电源，反相电源输入端接电压为-3. 3V的电源，第二运算放大器U2的同相电源输入端接电压为+3. 3V的电源，反相电源输入端接电压为-3. 3V的电源。本发明可以避免自然光与接收器件暗电流的影响，通过对电路中各参数进行设定，进行多次滤波和相位补偿，使得该电路有较好的抗噪声性能。
图1是本发明的电路图的发射电路； 图2是本发明的电路图的接收电路。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步描述。一种基于光敏二极管的浊度测量电路包括发射电路和接收电路两部分。如图1所示，发射电路部分包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十一滤波电容C11、第十二滤波电容C12、第十三滤波电容C13、第十四滤波电容C14、发射二极管D1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三运算放大器U3、NE555P定时器U4。第八电阻R8 —端接NE555P定时器U4的7脚，另一端接NE555P定时器U4的2脚禾口 6脚，第九电阻R9 —端接NE555P定时器U4的4脚，另一地端接NE555P定时器U4的7 脚，第十电阻RlO —端接NE555P定时器U4的3脚，另一端接第一三极管Ql的基极，第十一电容Cl 1 一端接NE555P定时器U4的2和6脚，另一端接地，第十二电容C12 —端接NE555P 定时器U4的5脚，另一端接地，NE555P定时器U4的1脚接地，2脚和6脚连接，4脚和8脚接电压为+3. 3V的电源，第十一电阻Rll —端接第一三极管Ql的集电极，另一端接第三运算放大器U3的同相输入端，第十二电阻R12 —端接第三运算放大器U3的同相输入端，另一端接地，第十三电容C13 —端接第三运算放大器U3的同相电源输入端，另一端接地，第十四电容C14 一端接第三运算放大器U3的反相电源输入端，另一端接地，第一三极管Ql的基极接第十电阻R10，集电极接第十一电阻R11，发射极接电压为+3. 3V的电源，第二三极管Q2 的基极接第三运算放大器U3的输出端，集电极接发射二极管Dl，发射极接第三运算放大器 U3的反相输入端，第十三电阻R13 —端接第三运算放大器U3的反相输入端，另一端接地，发射二极管Dl —端接电压为+5V的电源，另一端接第二三极管Q2的集电极，第三运算放大器 U3的同相电源输入端接电压为+3. 3V的电源，反相电源输入端接电压为-3. 3V的电源。如图2所示，接收电路部分包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻 R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一相位补偿电容Cl、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第八滤波电容C8、第九滤波电容C9、第十滤波电容C10、接收二极管D2、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2。第一电阻Rl —端接地，另一端接第一运算放大器Ul的同相输入端，第一电容Cl 一端接地，另一端接第一运算放大器Ul的同相输入端，第二电阻R2—端接第一运算放大器 Ul的反相输入端，另一端接第一运算放大器Ul的输出端，第二电容C2—端接第一运算放大器Ul的反相输入端，另一端接第一运算放大器Ul的输出端，第三电阻R3 —端接第一运算放大器Ul的输出端，另一端接第二运算放大器U2的反相输入端，第三电容C3 —端接第一运算放大器Ul的输出端，另一端接地，第四电容C4 一端接第二运算放大器U2的反相输入端，另一端接地，第六电容C6—端接第一运算放大器Ul的同相电源输入端，另一端接地，第七电容C7 —端接第一运算放大器Ul的反相电源输入端，另一端接地，第五电阻R5 —端接地，另一端接第二运算放大器U2的同相输入端，第五电容C5—端接第二运算放大器U2的反相输入端，另一端接第二运算放大器U2的输出端，第四电阻R4 —端接地，另一端接第二运算放大器U2的反相输入端，第六电阻R6 —端接第二运算放大器U2的反相输入端，另一端接第二运算放大器U2的输出端，第七电阻R7 —端接第二运算放大器U2的输出端，另一端接A/D转换芯片的第三位，第八电容C8 —端接第二运算放大器U2的同相电源输入端，另一端接地，第九电容C9 一端接第二运算放大器U2的反相电源输入端，另一端接地，第十电容ClO —端接地，另一端接A/D转换芯片的第三位，接收二极管D2的一端接电压为+5V的电源，另一端接第一运算放大器Ul的反相输入端，第一运算放大器Ul的同相电源输入端接电压为+3. 3V的电源，反相电源输入端接电压为-3. 3V的电源，第二运算放大器U2的同相电源输入端接电压为+3. 3V的电源，反相电源输入端接电压为-3. 3V的电源。该电路的主要工作原理和过程
发射二极管Dl发出的红外光在液体环境中产生散射，液体环境中悬浮物数目的多少决定了接收二极管D2接收到的散射光的强弱，从而进一步决定了接收二极管D2产生的光电流的强弱，而液体中的悬浮物含量的多少是衡量液体浊度大小的重要指标，因此可以通过散射光法来测量液体的浊度。本电路正是通过散射光测量法的原理来测量液体的浊度。首先，通过NE555P定时器产生的占空比为1:2的方波发生电路。第八电阻R8的阻值为100K Ω，第九电阻R9的阻值为1ΚΩ，第^^一电容Cll和第十二电容C12的容量值都为lOnF。根据由NE555P定时器组成的多些振荡器有
振荡周期
T = 0J(2RE + R9)*C = IAms(1)
输出波形的占空比
RB + R9, N
D = -= 0,5(2)
2i 8 + R9
再通过第一三极管Ql的开关作用来控制发射二极管Dl工作。第十电阻RlO的阻值为 IK Ω，第^^一电阻Rl 1和第十二电阻Rl2的阻值都为IK Ω，第十三电阻Rl3的阻值为60 Ω， 发射二极管Dl的一端接+5V电源第一三极管Ql起到开关的作用，当ΝΕ555Ρ定时器U4输出的方波的低电平时，第一三极管Ql导通，+3. 3V的电源电压经过第十一电阻Rll和第十二电阻R12的分压作用，在第三运算放大器U3的正向输入端产生约+1.6V的电压，此时的第三运算放大器U3的输出端也输出一正向电压，控制第二三极管Q2导通，发射二极管Dl开始发光，当ΝΕ555Ρ定时器U4输出的方波的高电平时，第一三极管Ql截止，由于存在各器件暗电流的影响，在经过第三运算放大器U3的放大后在其输出端输出一个低电平，控制第二三极管Q2截止，发射二极管Dl开始熄灭。在接收电路中，接收二极管D2反接+5V电源，当接收到发射二极管Dl发射的信号时产生微弱电流信号，信号通过第一运算放大器Ui的负向输入端输入，将微弱电流信号转换为电压信号输出，第二电阻R2的阻值为100Κ Ω，起到负反馈的作用，第一电阻Rl为一偏置电阻，阻值为100Κ Ω，第一电容Cl为相位补偿电容，容量值为0. luF，第二电容C2为滤波电容，容量值为15pF，第一运算放大器Ul输出的电压信号经过限流电阻R3，以及第三电容C3和第四电容C4的滤波后，输入到第二运算放大器U2的负向输入端，第三电阻R3的阻值为1ΚΩ，第三电容和第四电容的容量值都为IOOpF,第五电阻R5为一偏置电阻，阻值为 IK Ω，第四电阻R4的阻值为IK Ω，第六电阻R6为一可调电阻，阻值为IOK Ω，电压信号经过第二运算放大器U2的进一步放大后便可以进行AD转换，第五电容C5为滤波电容，容量值为IOOpF,第七电阻R7为限流电阻，阻值为100 Ω，第八电容C8和第九电容C9是电源滤波电容，容量值均为0. IuF,第十电容ClO是滤波电容，容量值为0. IuF,电流信号经过接收电路的两级放大，最终实现了微弱电流信号的电压转换。
权利要求
1. 一种基于光敏二极管的浊度测量电路，包括发射电路和接收电路两部分，其特征在于发射电路部分包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第i^一滤波电容C11、第十二滤波电容C12、第十三滤波电容C13、 第十四滤波电容C14、发射二极管D1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三运算放大器U3和 NE555P定时器U4，第八电阻R8 —端接NE555P定时器U4的7脚，另一端接NE555P定时器 U4的2脚和6脚，第九电阻R9 —端接NE555P定时器U4的4脚，另一地端接NE555P定时器U4的7脚，第十电阻RlO —端接NE555P定时器U4的3脚，另一端接第一三极管Ql的基极，第i^一电容Cll 一端接NE555P定时器U4的2和6脚，另一端接地，第十二电容C12 — 端接NE555P定时器U4的5脚，另一端接地，NE555P定时器U4的1脚接地，2脚和6脚连接，4脚和8脚接电压为+3. 3V的电源，第十一电阻Rll —端接第一三极管Ql的集电极，另一端接第三运算放大器U3的同相输入端，第十二电阻R12 —端接第三运算放大器U3的同相输入端，另一端接地，第十三电容C13 —端接第三运算放大器U3的同相电源输入端，另一端接地，第十四电容C14 一端接第三运算放大器U3的反相电源输入端，另一端接地，第一三极管Ql的基极接第十电阻R10，集电极接第十一电阻R11，发射极接电压为+3. 3V的电源， 第二三极管Q2的基极接第三运算放大器U3的输出端，集电极接发射二极管D1，发射极接第三运算放大器U3的反相输入端，第十三电阻R13 —端接第三运算放大器U3的反相输入端，另一端接地，发射二极管Dl —端接电压为+5V的电源，另一端接第二三极管Q2的集电极，第三运算放大器U3的同相电源输入端接电压为+3. 3V的电源，反相电源输入端接电压为-3. 3V的电源；接收电路部分包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、 第六电阻R6、第七电阻R7、第一相位补偿电容Cl、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第八滤波电容C8、第九滤波电容C9、第十滤波电容C10、接收二极管D2、第一运算放大器Ul和第二运算放大器U2， 第一电阻Rl —端接地，另一端接第一运算放大器Ul的同相输入端，第一电容Cl 一端接地， 另一端接第一运算放大器Ul的同相输入端，第二电阻R2 —端接第一运算放大器Ul的反相输入端，另一端接第一运算放大器Ul的输出端，第二电容C2 —端接第一运算放大器Ul的反相输入端，另一端接第一运算放大器Ul的输出端，第三电阻R3—端接第一运算放大器Ul 的输出端，另一端接第二运算放大器U2的反相输入端，第三电容C3 —端接第一运算放大器 Ul的输出端，另一端接地，第四电容C4 一端接第二运算放大器U2的反相输入端，另一端接地，第六电容C6 —端接第一运算放大器Ul的同相电源输入端，另一端接地，第七电容C7 — 端接第一运算放大器Ul的反相电源输入端，另一端接地，第五电阻R5—端接地，另一端接第二运算放大器U2的同相输入端，第五电容C5 —端接第二运算放大器U2的反相输入端， 另一端接第二运算放大器U2的输出端，第四电阻R4—端接地，另一端接第二运算放大器U2 的反相输入端，第六电阻R6—端接第二运算放大器U2的反相输入端，另一端接第二运算放大器U2的输出端，第七电阻R7—端接第二运算放大器U2的输出端，另一端接A/D转换芯片的第三位，第八电容C8 —端接第二运算放大器U2的同相电源输入端，另一端接地，第九电容C9 一端接第二运算放大器U2的反相电源输入端，另一端接地，第十电容ClO —端接地， 另一端接A/D转换芯片的第三位，接收二极管D2的一端接电压为+5V的电源，另一端接第一运算放大器Ul的反相输入端，第一运算放大器Ul的同相电源输入端接电压为+3. 3V的电源，反相电源输入端接电压为-3. 3V的电源，第二运算放大器U2的同相电源输入端接电压为+3. 3V的电源，反相电源输入端接电压为-3. 3V的电源。
全文摘要
本发明公开了一种基于光敏二极管的浊度测量电路，本发明通过555定时器产生方波信号，用方波信号来控制发光二极管的工作状态，发光二极管和光敏二极管将液体的浊度转换成光电信号进行测量，通过运算放大器将微弱电流信号转换为电压信号，同时进行电压信号的放大，经过转换过程中的相位补偿以及滤波，产生可以进行A/D转换的电压信号。本发明通过555定时器产生的占空比为12的方波发生电路来控制三极管的开关作用，从而达到对光源进行调制，这样可以避免自然光的干扰。
文档编号G01N21/49GK102393384SQ20111026553
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月8日 优先权日2011年9月8日
发明者叶瑛, 周红伟, 杨厉昆, 秦华伟, 陈鹰 申请人:杭州电子科技大学