亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：一种用于水质在线检测的浊度传感器及其检测方法
技术领域：
本发明属于电子信息技术领域，尤其涉及一种用于水质在线检测的浊度传感器及其检测方法。
背景技术：
随着人们生活水平的提高，以及对饮水与健康关系研究的不断深入，人们对饮用水水质的要求也在不断提高。浊度是水样光学性质的一种表达语，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，对浊度的在线监测具有非常重要的现实意义。
浊度检测的基本原理为使用一束固定波长的入射光射入待检测的水体中，在入射光的一个固定角度(一般为90° )上和距离处检测水体散射光强度。检测散射光的器件主要由硅光电池、光电接收管、光电倍增管等光电转换器件构成。例如CN201010249430. 9公开了一种水质浊度检测装置。其结构包括光电开关及具有进水口与出水口的壳体，所述壳体的上下两面均为相互对应的全透视玻璃板，在下面玻璃板的下面设有反射板，所述光电开关与反射板的位置相对应，在壳体内设有保持上下玻璃面全透视效果的擦试装置。它是利用光的反射原理，使光线通过水质层到达反射板，通过反射板的反射再经水质层，检测有多少光线反射回去，加以辨别，得出水质的浑浊数据。至今所公布的文献中，散射光检测都是在入射光90°方向，并且仅在一个位置部署散射光接收元件，这样导致接收的散射光量非常有限，使得系统必须增加运算放大器件，运算放大器件用于放大光电转换器件的输出电流，才能实现有效的信号检测。特别是在饮用水等低浊度水质检测应用中更是如此。一方面，运算放大器件增加了检测系统环节，带来一定程度可靠性的下降；另一方面，运算放大器件本身会受到温度影响，产生零点漂移问题，从而降低了浊度检测的准确性。在浊度检测中，光源是非常重要部分，光源的强度和稳定性，直接影响检测的效果。一般情况下，较强的光源所产生的散射光强也较强，使得检测散射光也更容易。光源器件的输出光功率越大，器件的温度会越高，导致光强稳定性变差，器件寿命缩短。

发明内容
针对现有技术散射光检测都是在入射光90°方向，导致接收的散射光量非常有限，影响浊度检测的准确性的不足，本发明的目的在于提供一种浊度检测的准确性高，而且结构简单的一种用于水质在线检测的浊度传感器及其检测方法。一种用于水质在线检测的浊度传感器，包括壳体和光源；其特征在于，所述光源设于壳体内，光源的前端依次设有石英玻璃片，以及同轴的光通道和水通道；所述水通道的外壁上周向设有光电转换器；光电转换器通过电缆线与设于壳体内的单片机相连，单片机的输出端通过电缆与外接设备相连，单片机将光电转换器输出电压转换为浊度值并进行显示和处理。进一步，所述水通道的入水口设于壳体的侧壁并与光通道相通，水通道的出水口设于壳体的一端部或侧壁。
所述水通道由石英玻璃管制成。所述环形的光电转换器由数个单体结构串连而成。所述光电转换器为I 3个环形结构，轴向设于水通道的外壁。所述光源为激光二极管，光源与光电转换器成90度布置。本发明的检测方法，包括如下步骤
步骤1，将待检测水体流过水通道，开启光源；
步骤2，单片机等待500ms，目的是为了光源产生光源稳定；
步骤3，单片机记录光电转换器输出电压，光电转换器输出电压通过单片机的ADC模块将模拟信号转换为数字信号；
步骤4，根据得到的光电转换器输出电压，单片机执行滑动窗口平均算法，其中N取值为10，其步骤为删除前第10次记录值；将本次结果与前9次记录进行累加；将累加值除以10，得到一个平均值；
步骤5，单片机通过设定的浊度拟合函数将上述平均值转换为浊度值，并输出结果；步骤6，单片机关闭光源500ms，关闭时间可根据需要设定为不同值，目的为等待光源冷却，然后重复步骤I至5。相比现有技术，本发明具有如下有益效果
I、本发明通过将光源、光通道和水通道同轴设置，将光电转换器成环状部置于水通道的外侧，最大程度(即360° )收集水体的散射光，从而最大限度增加了接收有效散射光的量，使得系统无需增加运算放大器件即可进行信号采样，提高了浊度检测的准确性；而且，简化了结构，保证了产品的稳定性和可靠性。2、本发明光源采用激光二极管光源，并采用间歇性工作方式，不降低光功率的条件下，使用其寿命增长。3、本发明检测方法中采用滑动窗口算法，增加了检测稳定性。4、本发明浊度传感器结构简单，成本较低。


图I是一种用于水质在线检测的浊度传感器结构剖视图。图2是一种用于水质在线检测的浊度传感器光电转换器放大俯视图。图3是一种用于水质在线检测的浊度传感器检测方法图。其中，I-壳体，2-水通道，21-入水口，22-出水口，3-光电转换器，4_光源，5_单片机，6 —光通道，7 —密封圈，8-石英玻璃片，9-石英玻璃管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
，对本发明作进一步详细阐述。如图I所示，一种用于水质在线检测的浊度传感器，包括壳体I和光源4 ;所述光源4设于壳体I内，光源4的前端依次设有石英玻璃片8，以及同轴的光通道6和水通道2 ；所述水通道2的外壁上周向设有环形的光电转换器3 ;光电转换器3通过电缆线与设于壳体I内的单片机5相连，单片机5的输出端通过电缆与外接设备相连，单片机5将光电转换器3输出电压转换为浊度值并进行显示和处理；所述光源4为激光二极管，光源4与光电转换器3成90度布置。进一步，所述水通道2的入水口 21设于壳体I的侧壁并与光通道6相通，水通道2的出水口 22设于壳体I的一端部或侧壁。所述水通道2由石英玻璃管9制成。如图2，所述环形的光电转换器3由数个单体结构串连而成。其中，壳体1，壳体采用黑色无毒尼龙材料；在光源4和石英玻璃片8之间，以及水通道2与壳体I连接的两端均设有密封圈7，各密封圈可采用丁氰材料的0型圈。所述光电转换器3，可选用由西门子BPW 33硅光电池串联而成。水通道2由石英玻璃管9制成，石英玻璃的透光性较佳，加上光电转换器3是环形布置于水通道(石英玻璃管9)的外侧，此种设计可以最大限度收集散射光的量。设于壳体2内的单片机5可选用ATmegal6,该单片机具有ADC模块,可以将光电转换器的输出电压数字化，同时单片机具有UART和SPI等串行通信接口，可以将处理后的浊度值输出，所述单片机5将光电转换器3输出电压转换为浊度值；设于壳体I外的电源(图中未示)，其通过设有开关的导线分别与光源与单片机5电源输入端相连。参见图3，使用本发明一种用于水质在线检测的浊度传感器，进行水质在线检测的方法，包括如下步骤
步骤1，将待检测水体流过水通道，开启光源(激光二极管);
步骤2，单片机等待500ms，目的是为了光源产生光源稳定；
步骤3，单片机记录光电转换器输出电压，光电转换器输出电压通过单片机的ADC模块将模拟信号转换为数字信号；
步骤4，根据得到的光电转换器输出电压，单片机执行滑动窗口平均算法，其中N取值为10，其步骤为删除前第10次记录值；将本次结果与前9次记录进行累加；将累加值除以10，得到一个平均值；
步骤5，单片机通过设定的浊度拟合函数将上述平均值转换为浊度值，并输出结果；步骤6，单片机关闭光源500ms，关闭时间可根据需要设定为不同值，目的为等待光源冷却，然后重复步骤I至5，直至输出浊度值稳定，检测步骤结束。一般的情况下水体浊度的变化非常缓慢，无需长时间开启光源进行不间断检测，本发明通过控制Twait和Tshutdown时间，对光源的工作时间进行调整，从而增加了光源器件的寿命。、
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种用于水质在线检测的浊度传感器，包括壳体(I)和光源(4);其特征在于，所述光源(4)设于壳体(I)内，光源(4)的前端依次设有石英玻璃片(8)，以及同轴的光通道(6)和水通道(2 );所述水通道(2 )的外壁上周向设有光电转换器(3 );光电转换器(3 )通过电缆线与设于壳体(I)内的单片机(5)相连，单片机(5)的输出端通过电缆与外接设备相连，单片机(5)将光电转换器(3)输出电压转换为浊度值并进行显示和处理。
2.根据权利要求I所述用于水质在线检测的浊度传感器，其特征在于，所述水通道(2)的入水口(21)设于壳体(I)的侧壁并与光通道(6)相通，水通道(2)的出水口(22)设于壳体(I)的一端部或侧壁。
3.根据权利要求I或2所述用于水质在线检测的浊度传感器，其特征在于，所述水通道(2)由石英玻璃管制成。
4.根据权利要求I所述用于水质在线检测的浊度传感器，其特征在于，所述光电转换器(3)由数个单体结构串连成环状。
5.根据权利要求4所述用于水质在线检测的浊度传感器，其特征在于，所述光电转换器(3)为I 3个环形结构，轴向设于水通道(2)的外壁。
6.根据权利要求I所述用于水质在线检测的浊度传感器，其特征在于，所述光源(4)为激光二极管，光源(4)与光电转换器(3)成90度布置。
7.一种水质在线检测的方法，其特征在于，采用权利要求I所述用于水质在线检测的浊度传感器，包括如下步骤 步骤1，将待检测水体流过水通道，开启光源； 步骤2，单片机等待500ms，目的是为了光源产生光源稳定； 步骤3，单片机记录光电转换器输出电压，光电转换器输出电压通过单片机的ADC模块将模拟信号转换为数字信号； 步骤4，根据得到的光电转换器输出电压，单片机执行滑动窗口平均算法，其中N取值为10，其步骤为删除前第10次记录值；将本次结果与前9次记录进行累加；将累加值除以10，得到一个平均值； 步骤5，单片机通过设定的浊度拟合函数将上述平均值转换为浊度值，并输出结果； 步骤6，单片机关闭光源500ms，关闭时间可根据需要设定为不同值，目的为等待光源冷却，然后重复步骤I至5。
全文摘要
本发明公开一种用于水质在线检测的浊度传感器及其检测方法，该浊度传感器包括壳体和光源；所述光源设于壳体内，光源的前端依次设有石英玻璃片，以及同轴的光通道和水通道；所述水通道的外壁上周向设有光电转换器；光电转换器通过电缆线与设于壳体内的单片机相连，单片机的输出端通过电缆与外接设备相连，单片机将光电转换器输出电压转换为浊度值并进行显示和处理。本发明光电转换器成环状布置于水通道外侧，从而最大限度增加了接收有效散射光的量，使得系统无需增加运算放大器件即可进行信号采样；在检测方法中对光源的工作时间进行调整，增加了光源使用寿命；检测方法中采用滑动窗口算法，增加了检测稳定性。
文档编号G01N21/17GK102778434SQ20121029397
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者唐云建, 孙怀义, 彭红, 梁晶, 胡晓力, 莫斌, 董宁, 韩鹏 申请人:重庆市科学技术研究院