一种超低量程浊度传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水体光学性质领域，具体地是一种超低量程浊度传感器。
【背景技术】
[0002]浊度是水体光学性质的一种特征参数，它不但是衡量水质良好程度的重要指标之一，也是考核水处理效果的重要依据，因此，对水体浊度的在线检测具有非常重要的现实意义。浊度分析的方式可分为:透射方式、散射方式，散射方式与透射方式相比，在低浊度测量时具有灵敏度高、检测下限低的优点。
[0003]目前针对水体的浊度检测主要采用散射法进行检测。一种利用散射法进行浊度检测的浊度传感器，由于结构设计的原因，该浊度传感器的检测性能会受到外界因素的干扰较大，降低了检测精度与可靠性。设计了散射式水下在线浊度传感器，该传感器具有水下在线测量、浊度标定、数据存储等功能，具有较高的精度，但未考虑天气因素造成光源部分出现雾状的情况。
【发明内容】
[0004]本发明就是针对上述浊度传感器存在的问题，提出了一种超低量程浊度传感器，在光源部分增加了加热片，将光源部分的镜片维持在一个恒定的温度，克服了光源部分出现雾状的情况，提高了浊度传感器检测的准确性；并采用卡尔曼滤波算法对浊度值进行处理，消除高斯噪声对浊度传感器的影响，更进一步提高了浊度传感器检测的准确性。
[0005]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0006]本发明一种超低量程浊度传感器，其结构特点是:所述浊度传感器包括上部壳体、下部壳体、检测控制集成电路、光源、光电转换器件；所述光电转换器件包括数个光电转换单体，所述数个光电转换单体串联连接形成环形；所述光源和透光通孔设置于所述上部壳体内，作为水体浊度检测区域的水通道管设置于所述下部壳体内；所述上部壳体与下部壳体之间设置有一横向贯通的凹陷空腔，所述凹陷空腔使得上部壳体和下部壳体之间具有一个开放式的隔离区。
[0007]作为本发明的一种优选方案，所述检测控制集成电路采用单片机、嵌入式芯片微处理器为核心的集成电路，用于对浊度检测过程进行控制和数据采集并处理输出浊度检测结果。
[0008]作为本发明的另一种优选方案，所述光源采用的是激光二极管，激光二极管向下射出光速的方向与水通道管的中轴线在同一直线，这样使得光束被水体散射后在水通道管侧壁各方向的散射光强度均衡，减少散射光检测的误差。
[0009]进一步地，本发明所述光电转换器件为环形。
[0010]作为本发明的另一种优选方案，所述光电转换器件包括数个光电转换单体，并串接形成环形，这使得环形的光电转换器件可以360°地采集水体的散射光，最大限度增加了对散射光的有效接收量，提高了信噪比。
[0011]作为本发明的另一种优选方案，所述上部壳体内还安装了电热元件和温度传感器。
[0012]本发明的有益效果是。
[0013]本发明针对饮用水浊度检测，提出了一种超低量程浊度传感器；该浊度传感器采用独特结构环形的光电转换器，极大程度增加了信噪比。同时对光源镜片温度进行控制，消除了透光镜片起雾与光源不稳定引起的检测误差，进一步保证了浊度检测的准确性。最后，采用卡尔曼滤波算法对采集数据进行处理，消除高斯噪声对传感器的影响。
[0014]本发明又针对浊度传感器存在的问题，提出了一种超低量程浊度传感器，在光源部分增加了加热片，将光源部分的镜片维持在一个恒定的温度，克服了光源部分出现雾状的情况，提高了浊度传感器检测的准确性，并采用卡尔曼滤波算法对浊度值进行处理，消除高斯噪声对浊度传感器的影响，更进一步提高了浊度传感器检测的准确性。
[0015]与现有的浊度传感器不同的是，本传感器在光源部分增加了加热片，用以消除透光镜片起雾对检测的影响，采用环形的光电转换，360°采集水体的散射光，采用加热片后，提高了浊度检测的精度，而采用环形光电转换，最大限度地增加散射光的有效接受量，同时经过卡尔曼滤波处理后的数据，线性化程度更好，说明设计的浊度传感器具有高精度与高稳定性。
【附图说明】
[0016]图1是本发明一种超低量程浊度传感器的结构图。
[0017]图2是本发明一种超低量程浊度传感器的光电转换器件结构图。
[0018]图中，I为上部壳体、2为下部壳体、3为光电转换器件、4为凹陷空腔、5为光源、6为检测控制集成电路、7为光电转换单体。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，为本发明一种超低量程浊度传感器的结构图。其结构特点是:所述浊度传感器包括上部壳体1、下部壳体2、检测控制集成电路6、光源5、光电转换器件3 ;所述光电转换器件包括数个光电转换单体7，所述数个光电转换单体7串联连接形成环形；所述光源5和透光通孔设置于所述上部壳体I内，作为水体浊度检测区域的水通道管设置于所述下部壳体2内；所述上部壳体I与下部壳体2之间设置有一横向贯通的凹陷空腔4，所述凹陷空腔4使得上部壳体I和下部壳体2之间具有一个开放式的隔离区。
[0020]本发明所述检测控制集成电路6采用单片机、嵌入式芯片微处理器为核心的集成电路，用于对浊度检测过程进行控制和数据采集并处理输出浊度检测结果；所述光源5采用的是激光二极管，激光二极管向下射出光速的方向与水通道管的中轴线在同一直线，这样使得光束被水体散射后在水通道管侧壁各方向的散射光强度均衡，减少散射光检测的误差。
[0021]如图2所示，本发明所述光电转换器件3为环形，所述光电转换器件3包括数个光电转换单体7，并串接形成环形，这使得环形的光电转换器件3可以360°地采集水体的散射光，最大限度增加了对散射光的有效接收量，提高了信噪比。
[0022]本发明超低量程浊度传感器采用了独特的结构设计，光源5和透光通孔设置于上部壳体I内，作为水体浊度检测区域的水通道管设置于下部壳体2内，上部壳体I与下部壳体2之间具有一横向贯通的凹陷空腔4，该凹陷空腔4使得上部壳体I和下部壳体2之间具有一个开放式的隔离区，从而可以大幅减少，甚至避免光源5处的透光镜片直接与待检测水体接触，尽可能地避免了水体中的污物附着在透光镜片上而影响浊度检测的准确性。本发明传感器的上部壳体I内还安装了电热元件和温度传感器，通过加热防止透光镜片凝结水雾，消除了透光镜片起雾对检测的影响，同时可以利用温度传感器进行温度监控，防止过热对器件的寿命产生影响。
[0023] 本发明超低量程浊度传感器采用散射法进行检测，其检测原理是:使用光源将一束固定波长的入射光射入待测的水体中，入射光照射到水体中悬浮的粒子时发生散射，水体越浑浊则光的散射越明显，采用光电池等光电转换器件从与入射光呈90°的方向上检测散射光强度，根据散射光强度与水体浊度的换算关系检测出水体浊度。传感器具体的工作步骤如下:
1)检测控制集成电路获取温度传感器检测的温度，判断温度传感器检测的温度是否达到预设定的温度阈值T ;若是，则立即执行步骤(2);否则，检测控制集成电路控制启动电热元件，对透光镜片进行加热，直至温度传感器检测的温度达到预设定的温度阈值T时，关闭电热元件，然后执行步骤(2);
2)检测控制集成电路控制开启光源，等待预设定的光源稳定延时Atl后，执行步骤
(3)；
3)检测控制集成电路采集一次光电转换器件的输出电压值，并判断当前采集光电转换器件输出电压值的次数是否已达到预设定的求均值次数N;若是，则执行步骤(4);否则，执行步骤(5)；
4)检测控制集成电路计算最近N次采集的光电转换器件输出电压值的平均电压值，根据预设定的浊度检测拟合函数将所述平均电压值转换为浊度检测值，并通过信号输出端输出浊度检测值；然后执行步骤(5)；
5)检测控制集成电路控制关闭光源，等待预设定的光源休眠延时At2后，返回执行步骤(I)。在水体浊度检测中，温度阈值T的取值范围为35?45°C，均值次数N的取值范围为10?30，光源稳定延时Atl的取值范围为300?600 ms，光源休眠延时At2的取值范围为5?15 S。
【主权项】
1.一种超低量程浊度传感器，其特征在于:所述浊度传感器包括上部壳体1、下部壳体2、检测控制集成电路6、光源5、光电转换器件3;所述光电转换器件包括数个光电转换单体7，所述数个光电转换单体7串联连接形成环形；所述光源5和透光通孔设置于所述上部壳体I内，作为水体浊度检测区域的水通道管设置于所述下部壳体2内；所述上部壳体I与下部壳体2之间设置有一横向贯通的凹陷空腔4，所述凹陷空腔4使得上部壳体I和下部壳体2之间具有一个开放式的隔离区。2.根据权利要求1所述的一种超低量程浊度传感器，其特征在于:所述检测控制集成电路6采用单片机、嵌入式芯片微处理器为核心的集成电路。3.根据权利要求1所述的一种超低量程浊度传感器，其特征在于:所述光源5采用的是激光二极管，激光二极管向下射出光速的方向与水通道管的中轴线在同一直线。4.根据权利要求1所述的一种超低量程浊度传感器，其特征在于:所述光电转换器件3为环形。5.根据权利要求4所述的一种超低量程浊度传感器，其特征在于:所述光电转换器件3包括数个光电转换单体7，并串接形成环形，这使得环形的光电转换器件3可以360°地采集水体的散射光。6.根据权利要求1所述的一种超低量程浊度传感器，其特征在于:所述上部壳体I内还安装了电热元件和温度传感器。
【专利摘要】本发明提出了一种超低量程浊度传感器，在光源部分增加了加热片，将光源部分的镜片维持在一个恒定的温度，克服了光源部分出现雾状的情况，提高了浊度传感器检测的准确性。所述浊度传感器包括上部壳体、下部壳体、检测控制集成电路、光源、光电转换器件；所述光电转换器件包括数个光电转换单体，所述数个光电转换单体串联连接形成环形；所述光源和透光通孔设置于所述上部壳体内，作为水体浊度检测区域的水通道管设置于所述下部壳体内；所述上部壳体与下部壳体之间设置有一横向贯通的凹陷空腔，所述凹陷空腔使得上部壳体和下部壳体之间具有一个开放式的隔离区。
【IPC分类】G01N21/49
【公开号】CN105527250
【申请号】CN201410561447
【发明人】张学一
【申请人】张学一
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2014年10月22日