专利名称：激光浓度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及矿物浆料浓度、纸浆浓度、水泥水灰比以及水质 浊度等参数的测量器材，具体说是一种激光浓度传感器。
技术背景目前国内外对浓度的测量手段以超声波为主，这种测试方法易受外 界干扰，如被测物质颗粒的大小、周围物体产生的电磁干扰等，且其 测试精度低。随着现代化工业电子产品智能化程度的提高，光电检测技术以其 精确度高、适用范围广等优点在过程控制系统中占有及其重要的地位。 光电检测技术主要是利用被测物质的光学效应，当光与被测物质相互作用时，物质会对光产生折射、散射与吸收，从而使入射光产生衰减； 物质对光的吸收作用根据Lambert - Beer吸收定律反映在透射光的强 度上，而物质对光的折射、散射根据物质颗粒大小的不一样和成分的 差异产生的效果也不一样，分别为Rayleigh散射和Mie散射，散射特 性反应在散射光角度和散射光强度上。激光检测技术，其优点在于光 源强度大，方向性好，并且不受物质成分变化和颗粒大小的影响，现 在激光检测技术多用于粒度检测、产品的形状检测、厚度检测等场合， 激光厚度检测主要是针对于透明薄膜和板材或者表面光滑反光效果优 异的板材领域，近年来，才出现将激光检测技术用于粉尘浓度监测的 相关产品。对浓度的测量第一需要解决的问题是固体颗粒沉降所带来的光 的散射和反射对测量结果的影响；第二需要解决的是如何能够根据特 定固体颗粒的光学特性通过激光的透射散射和遮挡效应准确的测试溶 液的浓度；第三是针对特定固体颗粒和水的光学特性如何选择合适的光源进行测量；第四需要解决的是减少传感器本身对激光的反射所带来的测量误差。 发明内容本实用新型的目的是提供一种能够很好的解决以上问题的激光浓 度传感器。所述激光浓度传感器，其特征是所述激光浓度传感器由光学探 头、电源、激光光源、放大电路一体化集成模块、光纤和通信电缆组 成，激光光源及电路的输出端经过导入光纤连接到环状激光浓度传感 器光学探头的激光光源入射腔，激光光源入射腔的前方安装有激光光 源准直器，环状激光浓度传感器光学探头上还安装有多个光电探测器， 光电探测器各自通过信号电缆连接到信号处理电路。所述环状激光浓度传感器光学探头为下方开口的环形，内环为圆 形或四方形，外环为八边形或四方形。所述环状激光浓度传感器设置一个激光光源入射腔和1至3个光电探测器，以激光光源入射腔角度顺时针方向的45度或90度、135 度、180度位置安置一个或多个光电探测器。所述环状激光浓度传感器光学探头圆形内环直径在5mm-50咖或 四方形内径在5咖-50咖。在所述圆形内环，激光光源入射腔以及各光电探测器的两端都设 有突出的光阻隔块。所述环状激光浓度传感器光学探头采用发黑工艺处理的表面。各光电探测器(9、 10、 11)都有独立的工作腔，带准直系统的激 光光源入射腔(15)也与其他工作腔相互独立。激光光源入射腔与光电检测器所在的检测腔表面都嵌有镀膜石英 玻璃窗。激光光源及电路的输出端连接激光分路器，激光分路器的输出分 为两路， 一路进入被测溶液，另一路直接引入一个光电探测器。本实用新型有益效果是1. 检测透射光的同时检测、90度、135度、180度位置或检测其中 某个角度光电传感器的光强，将其进行对比，提高了测量的精确度。2. 利用激光光源强度大，方向性好，并且不受物质成分变化和颗粒 大小的影响的优势，大大提高了检测的稳定性和数据的重复性。3. 自身能耗低，提高矿产品等行业的工艺参数检测的精确度，避 免矿产品在生产过程不必要的浪费，减少了生产线多余的能量消耗。4. 本实用新型可用于矿浆浓度检测，纸浆浓度检测、水质检测和粉 尘监控多个领域，尤其适用于高精度浓度控制领域。
图1是本实用新型实施例一光学探头结构示意图主视图，图2是本实用新型实施例一分体式外形结构图，图3是本实用新型实施例一集成式外形结构图，图4是本实用新型实施例二光学探头结构示意图主视图，图5是本实用新型实施例二分体式外形结构图，图6是本实用新型实施例二集成式外形结构图。图中l一光源入射腔镀膜石英窗，2—90度角光电探测器检测腔 镀膜石英窗，3—135度角光电探测器检测腔镀膜石英窗，4—180度角 光电探测器检测腔镀膜石英窗，5、 6、 7—光阻隔块，8—激光光源准 直器，9—90度角光电探测器，10—135度角光电探测器，11一180度 角光电探测器，12—180度角光电探测器检测腔，13—135度角光电探 测器检测腔，14—90度角光电探测器检测腔，15—激光光源入射腔， 16—180度角光电探测器信号电缆，17—135度角光电探测器信号电缆， 18—90度角光电探测器信号电缆，19—导入光纤，20—固定螺杆，21 一激光光源及电路，22—信号采样及数模转换电路，23—参比光信号 电缆，24—激光分路器，25—电源线，26—数字信号线，27—封闭金 属外壳，28—固定螺孔。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步说明如图1 6中所示，所述激光浓度传感器由光学探头、电源、激光光源、放大电路一体化集成 模块、光纤和通信电缆组成，激光光源及电路21的输出端经过导入光纤19连接到环状激光浓度传感器光学探头的激光光源入射腔15，激光 光源入射腔15的前方安装有激光光源准直器8，环状激光浓度传感器 光学探头上还安装有多个光电探测器9、 10、 11，光电探测器各自通过 信号电缆连接到信号处理电路。图1为本实用新型实施例一光学探头结构示意图，图4是本实用 新型实施例二光学探头结构，由图1或图4中可见，所述环状激光浓 度传感器光学探头为下方开口的环形，内环为圆形或四方形，外环为 八边形或四方形。所述环状激光浓度传感器设置一个激光光源入射腔15和1至3个 光电探测器，以激光光源入射腔15角度顺时针方向的45度或90度、 135度、180度位置安置一个或多个光电探测器9、 10、 11。在所述圆 形内环，激光光源入射腔15以及各光电探测器9、 10、 ll的两端都设 有突出的光阻隔块5、 6、 7。各光电探测器9、 10、 ll都有独立的工作 腔，带准直系统的激光光源入射腔15也与其他工作腔相互独立。激光 光源入射腔15与光电检测器9、 10、 11所在的检测腔12、 13、 14表 面都嵌有镀膜石英玻璃窗1、 2、 3、 4，用来增加光线的透射率。激光 由石英传输光纤导入射腔，光源是功率为lmw-2W、波长为505nm-1400nm 的激光。探测器电信号由信号电缆送入放大电路。该环状激光浓度传 感器光学探头正上方有一个螺孔，用来固定其位置保证测试的稳定性。激光光源及电路21的输出端连接激光分路器24，激光分路器24的输出分为两路， 一路进入被测溶液，另一路直接引入激光光源电路 中内置的一个光电探测器。(此句与图示不符？或另加以说明)由图2、 3或图5、 6中可见，本实用新型激光浓度传感器分为分体式和集成式两种外形结构，分体式结构将光学探头、光源和数据 采集处理电路分开，两者有光纤和信号电缆相连接，光学探头放置在 溶液中，光源及数据采集处理安置在溶液之外；集成式则是将光源、 光学探头、数据采集处理电路集成在一个密封的金属外壳中，并整体放入溶液中，直接将数字信号通过信号电缆输出。如图l、 2、 3所示，在分体式中电源、激光光源及电路2 l产 生的激光由激光出射口射出，经过光纤分路器导入光纤l 9送入激光 光源入射腔l 5，该光源在激光光源入射腔l 5中经过激光光源准直 器8变为平行光源，经过光源入射腔镀膜石英窗1进入被测溶液，光 线在被测溶液中经过吸收衰减和折射散射等光学效应后分别通过90度 角光电探测器检测腔镀膜石英窗2 、 135度角光电探测器检测腔镀膜石 英窗3、 180度角光电探测器检测腔镀膜石英窗4后，进入90度角光 电探测器检测腔14、 135度角光电探测器检测腔13、 180度角光电 探测器检测腔l 2中，被90度角光电探测器9、 135度角光电探测器1 0、 180度角光电探测器1 l接受并转换成电信号，这些电信号分别 通过90度角光电探测器信号电缆1 8、 135度角光电探测器信号电缆1 7 、 180度角光电探测器信号电缆1 6送入光电探测器信号电缆接口 进入光源、电源、放大电路一体化集成模块中进行放大处理后由模拟 信号输出端口送入外部设备进行数据处理。整个浸入式环状激光浓度 传感器光学探头由固定螺杆20通过固定螺孔28固定以保持探头的稳 定。而图4、 5、 6中的集成式激光浓度传感器将激光光源及电路21、 信号采样及数模转换电路22、光学探头集成在一个密封金属外壳27 中，并整体放入溶液中，直接将数字信号通过数字信号线26输出。环状激光浓度传感器光学探头表面采用整体发黑工艺，避免了光 学探头表面对光的反射带来的影响。本实用新型的浸入式环状激光浓度传感器利用光与固体颗粒的遮 挡、吸收、反射和散射等光学效应来对溶液浓度进行测量，无需专门 的取样池，本实用新型不同于现有的溶液浓度的测量方式，因而受周 围环境影响小，不被溶液组分的变化干扰，测量稳定度极高。
权利要求1.一种激光浓度传感器，其特征是所述激光浓度传感器由光学探头、电源、激光光源、放大电路一体化集成模块、光纤和通信电缆组成，激光光源及电路(21)的输出端经过导入光纤(19)连接到环状激光浓度传感器光学探头的激光光源入射腔(15)，激光光源入射腔(15)的前方安装有激光光源准直器(8)，环状激光浓度传感器光学探头上还安装有多个光电探测器(9、10、11)，光电探测器各自通过信号电缆连接到信号处理电路。
2. 根据权利要求1所述的激光浓度传感器，其特征是所述环状 激光浓度传感器光学探头为下方开口的环形，内环为圆形或四方形， 外环为八边形或四方形。
3. 根据权利要求1所述的激光浓度传感器，其特征是所述环状 激光浓度传感器设置一个激光光源入射腔(15)和1至3个光电探测 器，以激光光源入射腔(15)角度顺时针方向的45度或90度、135 度、180度位置安置一个或多个光电探测器(9、 10、 11)。
4. 根据权利要求1或2所述的激光浓度传感器，其特征是所述 环状激光浓度传感器光学探头圆形内环直径在5mm-50ram或四方形内 径在5mm-50咖。
5. 根据权利要求1或3所述的激光浓度传感器，其特征是在所 述激光光源入射腔(15)以及各光电探测器(9、 10、 11)的两端都设 有突出的光阻隔块(5、 6、 7)。
6. 根据权利要求1或2所述的激光浓度传感器，其特征是所述环状激光浓度传感器光学探头采用发黑工艺处理的表面。
7. 根据权利要求1或3所述的激光浓度传感器，其特征是各光 电探测器(9、 10、 11)都有独立的工作腔，带准直系统的激光光源入 射腔(15)也与其他工作腔相互独立。
8. 根据权利要求1或3所述的激光浓度传感器，其特征是激光 光源入射腔(15)与光电检测器(9、 10、 11)所在的检测腔(12、 13、( 14)表面都嵌有镀膜石英玻璃窗(1、 2、 3、 4)。
9.根据权利要求1所述的激光浓度传感器，其特征是激光光源 及电路(21)的输出端连接激光分路器(24)，激光分路器(24)的输 出分为两路， 一路进入被测溶液，另一路直接引入一个光电探测器。
专利摘要一种激光浓度传感器，其特征是所述激光浓度传感器由光学探头、电源、激光光源、放大电路一体化集成模块、光纤和通信电缆组成，激光光源及电路(21)的输出端经过导入光纤(19)连接到环状激光浓度传感器光学探头的激光光源入射腔(15)，环状激光浓度传感器光学探头上还安装有多个光电探测器(9、10、11)，光电探测器各自通过信号电缆连接到信号处理电路。利用激光光源强度大，方向性好，并且不受物质成分变化和颗粒大小的影响的优势，大大提高了检测的精度、稳定性和数据的重复性。且系统自身能耗低。可用于矿浆浓度检测，纸浆浓度检测、水质检测和粉尘监控多个领域，尤其适用于高精度浓度控制领域。
文档编号G01N21/55GK201417244SQ20092008385
公开日2010年3月3日 申请日期2009年2月26日 优先权日2009年2月26日
发明者翼 张, 蓉 陈 申请人:张 翼;陈 蓉