具有流速自动监测实时校准功能的颗粒物计数仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及膜过滤监测技术领域，尤其涉及一种具有流速自动监测实时校准功能 的颗粒物计数仪。
【背景技术】
[0002] 现有技术中，监测饮用水各处理环节之处理效果的主要手段主要依赖浊度仪，这 种依靠测量被测液体的折光度来反应被测液体的浑浊程度的方法已经沿用了几十年，并 已经形成了国际比较统一认可的标准，该技术在保障人类用水质量上起到了无法替代的作 用，但由于其原理只是测量被测液体的宏观的折射效果，因此其相对灵敏度极限较高，随着 人们生活水平的提高，对环境及物质的要求也相应提高，因此原来的一些方法和原理逐渐 无法达到实际的需求。
[0003] 特别是应用膜过滤工艺后，由于膜过滤的高效简化了很多水厂的工艺，对比较干 净的原水经过絮凝后直接进入膜滤，此时若滤膜发生损坏则沉淀水会直接穿透进入滤后水 中，进而污染终端用户的用水。因此建立有效的监测手段被提上日程。而采用传统的浊度 仪监测滤膜的穿透，最快需要半小时左右才能得到结果，这会导致大量的污染水流入到用 户那里。
[0004] 颗粒物计数仪是利用激光遮光法来监测被测水中的不溶水性颗粒物的分布情况， 可以在微观上进行测量，并且可以对不同粒径的颗粒分布情况进行统计分析，其灵敏度要 高于浊度仪几个数量级。在监测膜滤效果时，其反应速度达到了分钟级，可以大大缩短事故 处理时间，降低用户的用水风险。
[0005] 由于采用遮光法进行监测，因此相同粒径的颗粒物在不同流速时产生的脉冲幅度 不同，导致监测的结果不同，因此颗粒物计数仪对流过检测单元的液体的流速有比较严格 的限制，而设备现场安装调试时为了达到要求的流速，需要采用烧杯实验进行流速测量，这 比较耗费时间，同时精度也不够。而且随着系统的运行，管道内或过流单元发生沉积，导管 阻力变化，会导致流速变慢，甚至发生堵塞现象，这些都直接影响了检测结果的准确性，因 此需要设计能够实时监测流速的方法来配合颗粒物技术的运行和校准。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于，解决现有技术中采用烧杯实验进行流速测量导致的耗费时间 长、监测结果不准确的技术问题，提供一种具有流速自动监测实时校准功能的颗粒物计数 仪。
[0007] 本发明提供的具有流速自动监测实时校准功能的颗粒物计数仪，包括，一个用于 发射激光束的激光器、一个用于将所述激光束分成两束具有间距的平行光的分光器、分别 用于对所述两束平行光进行聚焦的第一聚焦单元和第二聚焦单元、聚焦后的两束聚焦平行 光照射至一个过流单元产生两束透射光、分别用于对所述两束透射光进行聚焦的第三聚焦 单元和第四聚焦单元、一个光电检测器将聚焦后的两束聚焦透射光转变为两路电信号、所 述两路电信号经过一个预处理单元和一个A/D采样单元进入一个数据处理单元，所述数据 处理单元用于对经过预处理及A/D转换的所述两路电信号进行互相关分析得到一个渡越 时间。
[0008] 作为一种举例，所述数据处理单元还可以用于依据所述渡越时间和所述两束平行 光之间的间距计算出一个流速。
[0009] 本发明的颗粒物计数仪，由于采用了创新设计的检测光路，并运用了互相关分析 的原理，能够很好地解决过流单元流速的测量问题，不仅提高了流速测量的精度，大大缩短 了响应速度，且成本较低。
[0010] 作为一种举例，所述平行光之间的间距可以为1〇_。
[0011] 平行光之间的间距设定为1〇_，可以达到最精确的流速测量效果。
[0012] 作为一种举例，所述预处理单元可以包括一个放大电路，用于对所述两路电信号 进行放大；一个滤波电路，用于对放大后的两路电信号进行滤波；一个信号调理电路，用于 对经过放大滤波后的两路电信号进行信号调理。
[0013] 作为一种举例，所述A/D采样单元的采样频率可以大于等于50k/s。
[0014] 采样频率大于等于50k/s，可以达到最精确的流速测量效果。
[0015] 作为一种举例，所述光电检测器可以由光电二极管构成。
[0016] 选用光电二极管作为光电检测器，使得灵敏度高而成本低。
[0017] 作为一种举例，所述分光器可以将所述激光束分成两束具有间距的、同相位、同等 强度的平行光。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明优选实施例的具有流速自动监测实时校准功能的颗粒物计数仪的 结构示意图；
[0019] 图2是本发明优选实施例的时域信号a和时域信号b的波形示意图；
[0020] 图3是本发明优选实施例的分光器的原理示意图；
[0021] 图4是本发明优选实施例的互相关原理示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
[0023] 参照图1、结合参照图2,本发明优选实施例的具有流速自动监测实时校准功能的 颗粒物计数仪1〇〇,包括，一个用于发射激光束的激光器101、一个用于将所述激光束分成 两束具有间距的平行光的分光器102、分别用于对所述两束平行光进行聚焦的第一聚焦单 元103和第二聚焦单元104、聚焦后的两束聚焦平行光a'和b'照射至一个过流单元105， 经过过流单元105中流动液体的吸收以及液体内颗粒物的遮挡，产生光强随机变化的两束 透射光、分别用于对所述两束透射光进行聚焦的第三聚焦单元106和第四聚焦单元107、一 个光电检测器108将聚焦后的两束聚焦透射光转变为两路电信号、所述两路电信号经过一 个预处理单元109和一个A/D采样单元110进入一个数据处理单元111，此时生成的时域信 号a和时域信号b的波形如图2所示，从图中可以看出两组波形具有相近的形态，只是具有 一定的时延（渡越时间），数据处理单元111用于对经过预处理及A/D采样的所述两路电信 号进行互相关分析得到一个渡越时间。
[0024] 在本优选实施例中，参照图3,分光器102将所述激光束分成两束具有间距h的、同 相位、同等强度的平行光。
[0025] 在本优选实施例中，数据处理单元111还依据所述渡越时间和所述两束平行光之 间的间距计算出一个流速。具体的，只要经过互相关分析找到两路随机相关信号之间的延 迟时间T tl(渡越时间），流速即可由式V =h/T(l唯一确定，颗粒物则可根据接收到的脉 冲幅度（对应颗粒粒径）和脉冲个数（对应颗粒物数量）来进行统计分析。
[0026] 在信号处理中经常要研究两个信号的相似性，或一个信号经过一定延迟后自身的 相似性，以实现信号的监测、识别与提取等。相关分析是一种重要方法。
[0027] 所谓"相关"是指变量之间的线性关系。对确定信号来说，两个变量之间可以用函 数关系来描述。而两个随机变量之间不具有这样的确定关系，但是，如果这两个变量之间具 有某种内在联系，那么通过大量统计就能发现它们之间存在虽不精确但却表征其特性的相 似关系。
[0028] 相关分析利用相关系数或相关函数来描述两个信号间的相互关系或其相似程度， 还可以用来描述同一个信号的现在值与过去值的关系，或者根据过去值、现在值来估计未 来值。相关函数的性质使它在工程应用中有重要的价值，尤其是互相关函数的同频相关、不 同频不相关的性质为在噪声背景下提取有用信息提供了可靠的途径。其原理参照图4 [0029] (1)相关函数的定义
[0030] 当信号X (η)与y (η)均为能量信号时，相关函数定义为：
【主权项】
1. 一种具有流速自动监测实时校准功能的颗粒物计数仪，其特征在于，包括一个用于 发射激光束的激光器、一个用于将所述激光束分成两束具有间距的平行光的分光器、分别 用于对所述两束平行光进行聚焦的第一聚焦单元和第二聚焦单元、聚焦后的两束聚焦平行 光照射至一个过流单元产生两束透射光、分别用于对所述两束透射光进行聚焦的第三聚焦 单元和第四聚焦单元、一个光电检测器将聚焦后的两束聚焦透射光转变为两路电信号、所 述两路电信号经过一个预处理单元和一个A/D采样单元进入一个数据处理单元，所述数据 处理单元用于对经过预处理及A/D转换的所述两路电信号进行互相关分析得到一个渡越 时间。
2. 根据权利要求1所述的颗粒物计数仪，其特征在于，所述数据处理单元还用于依据 所述渡越时间和所述两束平行光之间的间距计算出一个流速。
3. 根据权利要求1或2所述的颗粒物计数仪，其特征在于，所述间距为10mm。
4. 根据权利要求1或2所述的颗粒物计数仪，其特征在于，所述预处理单元包括一个放 大电路，用于对所述两路电信号进行放大；一个滤波电路，用于对放大后的两路电信号进行 滤波；一个信号调理电路，用于对经过放大滤波后的两路电信号进行信号调理。
5. 根据权利要求1或2所述的颗粒物计数仪，其特征在于，所述A/D采样单元的采样频 率大于等于50k/s。
6. 根据权利要求1或2所述的颗粒物计数仪，其特征在于，所述光电检测器由光电二极 管构成。
7. 根据权利要求1或2所述的颗粒物计数仪，其特征在于，所述分光器将所述激光束分 成两束具有间距的、同相位、同等强度的平行光。
【专利摘要】本发明公开了一种具有流速自动监测实时校准功能的颗粒物计数仪，包括，一个用于发射激光束的激光器、一个用于将激光束分成两束具有间距的平行光的分光器、分别用于对两束平行光进行聚焦的第一聚焦单元和第二聚焦单元、聚焦后的两束聚焦平行光照射至一个过流单元产生两束透射光、分别用于对两束透射光进行聚焦的第三聚焦单元和第四聚焦单元、一个光电检测器将聚焦后的两束聚焦透射光转变为两路电信号、两路电信号经过一个预处理单元和一个A/D采样单元进入一个数据处理单元，数据处理单元用于对经过预处理及A/D转换的两路电信号进行互相关分析得到一个渡越时间。本发明能很好地解决过流单元流速的测量问题，提高了流速测量的精度。
【IPC分类】G01N15-10, G01P5-20
【公开号】CN104777326
【申请号】CN201410503418
【发明人】刘利民, 刘军, 范丙志, 其他发明人请求不公开姓名
【申请人】北京瑞德先飞科技有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2014年9月26日