一种抗衰减光电调节水质监测仪的制作方法

本实用新型一种抗衰减光电调节水质监测仪，属于抗衰减光电调节水质监测仪技术领域。

背景技术：

在环保水质监测领域，监测时使用的光电信号是否稳定准确事关监测计量、测量的稳定准确，影响监测效果，同时对设备调试过程中光电转换功能的使用，会影响监测光源的使用寿命，决定了在线仪的测量准确性以及重复性能；

目前国内的主流产品还是使用固定电源对发射光源进行供电，供电电源的电流不可调节，这样会使监测光源的强度无法改变，只能通过调节光源接收端的电位器来改变接收光源信号的放大倍数，从而改变最终光电信号的强弱；然而发射光源附近的固定电流一般都较大，会使光源装置加快老化，缩短使用寿命。

每个监测系统存在一定的差异性，固定电流产生的发射光源亮度过强，即使光源接收端的电位器将信号放大倍数调到最小，接收到的信号还是会很大以至于产生溢出，导致监测的光照信号变化不能反映被监测水质的浓度变化；另外也有可能出现固定电流产生的发射光源的亮度较弱，即使光源接收端的电位器将信号放大倍数调到最大，接收到的信号还是过小，同样会使得信号的变化不能反映被监测水质的浓度变化。

另一方面，现有设备利用直连光纤安装与消解单元两侧进行光信号的传输，然而由于光纤芯直径小，发射光通过消解单元后形成散射，使得接收端接收到的光会非常小，不利于后端的光电信号处理，随着仪器的使用光源会出现衰减，使得光源的聚焦点发生偏移，通过直接连接的光纤的光信号发生变化，使得仪器的性能下降。

技术实现要素：

本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种抗衰减光电调节水质监测仪硬件结构的改进。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种抗衰减光电调节水质监测仪，包括光路调节装置和光信号处理装置；

所述光路调节装置包括调节透镜、发射光纤、消解单元和接收光纤，所述调节透镜靠近光源活动设置，使调节透镜与光源之间的距离能调节；

所述发射光纤连接在消解单元的一侧，所述接收光纤连接在消解单元的另一侧，所述调节透镜与消解单元之间设置有发射光纤；

所述发射光纤和消解单元之间还设置有发射透镜，所述发射透镜固定设置在消解单元上；

所述接收光纤和消解单元之间还设置有接收透镜，所述接收透镜固定设置在消解单元上；

所述接收光纤的一端与消解单元相连，所述接收光纤的另一端与光信号处理装置相连；

所述光信号处理装置包括光电转化板，所述光电转化板内部设置有恒流源驱动模块和信号输入调节模块；

所述恒流源驱动模块的输出端与光源发生器相连，信号输入调节模块的信号输入端与光源发生器相连，所述信号输入调节模块的信号输出端与plc控制器相连。

所述信号输入调节模块的电路结构为：

所述光源发生器的输出端并接电容c1的一端，电阻r1的一端后与芯片u2的2脚相连；

所述芯片u2的3脚并接4脚后接地；

所述芯片u2的8脚并接5v直流电源后与电容c4的一端相连，所述电容c4的另一端接地；

所述芯片u2的1脚并接电容c1的另一端，电阻r1的另一端后与电阻r5的一端相连，所述电阻r5的另一端并接电容c5的一端后与芯片u2的5脚相连，所述电容c5的另一端接地；

所述芯片u2的6脚并接电阻r2的一端后与电阻r3的一端相连，所述电阻r3的另一端串接可调电阻vr1后接地；

所述芯片u2的7脚并接电阻r2的另一端后与电阻r4相连，所述电阻r4的另一端依次并接电容c6的一端，有极电容c7的正极后与plc控制器的信号输入端相连，所述电容c6的另一端并接有极电容c7的负极后接地。

所述恒流源驱动模块的电路结构为：

所述直流电源5v输出端并接电容c3的一端后与芯片u1的3脚相连，所述芯片u1的1脚并接有极电容c2的正极后分别与芯片u3和芯片u4的3脚相连，所述芯片u1的2脚并接电容c3的另一端，有极电容c2的负极后接地；

所述芯片u3和芯片u4的1脚分别与光源发生器的电源输入端相连；

所述芯片u3和芯片u4的2脚分别串接可调电阻和拨码开关后与plc控制器相连。

所述芯片u2具体为放大器，型号为mcp602；

所述芯片u1具体为稳压器，型号为78l05；

所述芯片u3和u4具体为恒流芯片，型号为lm334。

所述光源发生器的数量为三个。

所述信号输入调节模块中设置的可调电阻vr1对光源输出信号强度进行调节，调节的增益范围为4.6倍-51倍。

本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型不同于以往的水质在线监测装置，可以对光源发生器的电源功率进行调节，控制装置的光电转化板接收到差异性光照强度信号，通过信号输入调节模块将信号进行接收放大，并传送至控制系统进行处理，控制系统进行自适应的锁相反馈循环调节，使水质监测信号传输更加稳定，有效提高了设备的使用寿命、水质的监测精度和监测效率；同时，本实用新型通过在光源发射端使用大面积透镜，可以将光源发出出来的光聚焦到光纤头上，透镜可以前后移动，这样在光源衰减，聚焦点发射偏移后可以通过调节透镜来重新找正，使得仪器的性能不受光源衰减的影响，另外在发射光源光纤靠近消解单元的一侧使用一块标准透镜，将光纤发射光聚焦到消解单元上，使得光信号监测消解单元的化学反应更加灵敏，本实用新型在接收光纤靠近消解单元的一侧使用一块标准透镜将通过消解单元散射光聚焦于接收光纤上，使得接收到的光信号增多，使得监测水质精度更高，明显提升监测效率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

图1为本实用新型光路调节装置的结构示意图；

图2为本实用新型光信号处理装置的结构示意图；

图3为本实用新型信号输入调节模块的电路结构示意图；

图4为本实用新型恒流源驱动模块的电路结构示意图；

图中：1为光路调节装置、2为光信号处理装置、3为调节透镜、4为发射光纤、5为消解单元、6为接收光纤、7为发射透镜、8为接收透镜、9为光电转化板、10为恒流源驱动模块、11为信号输入调节模块、12为光源发生器、13为plc控制器。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型一种抗衰减光电调节水质监测仪，包括光路调节装置1和光信号处理装置2；

所述光路调节装置1包括调节透镜3、发射光纤4、消解单元5和接收光纤6，所述调节透镜3靠近光源活动设置，使调节透镜3与光源之间的距离能调节；

所述发射光纤4连接在消解单元5的一侧，所述接收光纤6连接在消解单元5的另一侧，所述调节透镜3与消解单元5之间设置有发射光纤4；

所述发射光纤4和消解单元5之间还设置有发射透镜7，所述发射透镜7固定设置在消解单元5上；

所述接收光纤6和消解单元5之间还设置有接收透镜8，所述接收透镜8固定设置在消解单元5上；

所述接收光纤6的一端与消解单元5相连，所述接收光纤6的另一端与光信号处理装置2相连；

所述光信号处理装置2包括光电转化板9，所述光电转化板9内部设置有恒流源驱动模块10和信号输入调节模块11；

所述恒流源驱动模块10的输出端与光源发生器12相连，信号输入调节模块11的信号输入端与光源发生器12相连，所述信号输入调节模块11的信号输出端与plc控制器13相连。

所述信号输入调节模块11的电路结构为：

所述光源发生器12的输出端并接电容c1的一端，电阻r1的一端后与芯片u2的2脚相连；

所述芯片u2的3脚并接4脚后接地；

所述芯片u2的8脚并接5v直流电源后与电容c4的一端相连，所述电容c4的另一端接地；

所述芯片u2的1脚并接电容c1的另一端，电阻r1的另一端后与电阻r5的一端相连，所述电阻r5的另一端并接电容c5的一端后与芯片u2的5脚相连，所述电容c5的另一端接地；

所述芯片u2的6脚并接电阻r2的一端后与电阻r3的一端相连，所述电阻r3的另一端串接可调电阻vr1后接地；

所述芯片u2的7脚并接电阻r2的另一端后与电阻r4相连，所述电阻r4的另一端依次并接电容c6的一端，有极电容c7的正极后与plc控制器13的信号输入端相连，所述电容c6的另一端并接有极电容c7的负极后接地。

所述恒流源驱动模块10的电路结构为：

所述直流电源5v输出端并接电容c3的一端后与芯片u1的3脚相连，所述芯片u1的1脚并接有极电容c2的正极后分别与芯片u3和芯片u4的3脚相连，所述芯片u1的2脚并接电容c3的另一端，有极电容c2的负极后接地；

所述芯片u3和芯片u4的1脚分别与光源发生器12的电源输入端相连；

所述芯片u3和芯片u4的2脚分别串接可调电阻和拨码开关后与plc控制器13相连。

所述芯片u2具体为放大器，型号为mcp602；

所述芯片u1具体为稳压器，型号为78l05；

所述芯片u3和u4具体为恒流芯片，型号为lm334。

所述光源发生器12的数量为三个。

所述信号输入调节模块11中设置的可调电阻vr1对光源输出信号强度进行调节，调节的增益范围为4.6倍-51倍。

本实用新型光源发射端使用大面积透镜将光源发出出来的光聚焦到光纤头上，透镜可以前后移动，这样在光源衰减，聚焦点发射偏移后可以通过调节透镜来重新找正。

本实用新型在发射光源光纤靠近消解单元的一侧使用一块标准透镜，将光纤发射光聚焦到消解单元上，使得光信号监测消解单元的化学反应更加灵敏。

本实用新型在接收光纤靠近消解单元的一侧使用一块标准透镜将通过消解单元散射光聚焦于接收光纤上，使得接收到的光信号增多。

本实用新型使用的光电转化板9主要实现为外部三路光源发生器12提供可调节驱动电流，同时可以采集光源发生器12输入的微弱电流信号，并将采集到的电流信号调节输入至plc控制器13进行信号识别。

所述光电转化板9内部设置的恒流源驱动模块10，其电路中设置有具备高精度、宽动态电压范围、三端可调的恒流源器件lm334芯片u3和u4，可以实现恒流源的建立，其外围只需要一个外接电阻即可实现恒流输出功能，并通过改变外接电阻阻值即能实现对恒流源输出的调节；另外，也可根据实际情况选用拨码开关和电阻搭配的方式改变恒流源输出大小，使得控制更精确。

通过对恒流源驱动模块10的恒流源输出电源的调节，可以对光源发生器12的供电电流大小进行调节，使光源可以始终工作在非满量程状态，保证在水质发生变化时光源强度可以进行明显变化。

本实用新型设置的信号输入调节模块11通过设置低偏置电流、快速响应、轨至轨输出、使用光电接收转化的运放mcp602芯片u2搭配一个高精度、低温漂的1兆欧跨导电阻，可以实现对接收到的微弱光源电流转电压的功能，其外围电阻均选用的精度高达0.1%，温漂小于25ppm的精密电阻，进而降低电路板的温漂，加大转化精度，其输出电压再经过芯片u2内部的电压放大器可以对电压输出范围进行控制；电路中另外设置的精密可调电阻vr1对输出信号进行增益调节，增益范围可以从4.6倍调大到51倍；使用时，如光源输出信号过强，可将增益调小，若光源输出信号较弱，则可将增益调大，使得输出信号满足plc控制器13的接收要求。

关于本实用新型具体结构需要说明的是，本实用新型采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本实用新型提出的技术问题，本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。