一種基于光纖的濁度測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于濁度測(cè)量工具領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光纖的濁度測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在人們生活和生產(chǎn)中，常用濁度來(lái)表征液體的清潔度，水的濁度是泥沙、粘土、微細(xì)的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物、可溶的有色有機(jī)化合物以及浮游生物和其它微生物等懸浮物質(zhì)所組成。這些懸浮物質(zhì)能吸附細(xì)菌和病毒，所以渾濁度低有利于水的消毒，對(duì)確保水質(zhì)指標(biāo)有極重要的影響。
[0003]國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織定義為:由于不溶解物質(zhì)的存在所引起的液體透明度降低，可見(jiàn)，濁度不等于固體懸浮物質(zhì)含量，固體懸浮物質(zhì)含量是水中可以用濾紙截留的物質(zhì)重量；而渾濁度則是一種光學(xué)效應(yīng)，它表現(xiàn)出光線透過(guò)水層時(shí)受到阻礙的程度。這種光學(xué)效應(yīng)與顆粒的大小及形狀有關(guān)，實(shí)踐證明渾濁度與懸浮物固體物質(zhì)的重量濃度沒(méi)有任何的相關(guān)關(guān)系。水的渾濁度越高，反射光和散射光就越強(qiáng)，而透射光就越弱；反之，水的渾濁度越低，反射光和散射光就越弱，而透射光就越強(qiáng)。因此測(cè)定散射光與透射光強(qiáng)度間的變化，就可以測(cè)得水的濁度。
[0004]測(cè)量濁度的儀器叫濁度儀。按照所測(cè)量濁度的范圍，可分為低濁度儀、中濁度儀、高濁度儀?；跍y(cè)量濁度的方法，可分為透射式、散射式、透射光和散射光比值式、表面散射式、偏振光式濁度儀。
[0005]當(dāng)前濁度儀存在的不足有:1.普通濁度儀探頭的光源、光電傳感器、光路安裝在一個(gè)上探頭，探頭會(huì)由于光電元器件的老化而失效而需要不定期更換，普通濁度儀探頭不適合需要探頭使用壽命長(zhǎng)無(wú)需經(jīng)常更換的場(chǎng)合。2.普通濁度儀探頭的光源、光電傳感器、光路安裝在一個(gè)上探頭，不可避免需要用到金屬材料，因而不適用于傳感器不能含有金屬材料的場(chǎng)合，比如強(qiáng)微波環(huán)境下。3.普通濁度儀探頭的光源、光電傳感器、光路安裝在一個(gè)上探頭，因?yàn)槊恳环N電子元器件都有其一定的工作溫度范圍，一旦環(huán)境溫度超出這一范圍，電子元器件將不能正常工作，使探頭不能工作在極低溫和極高溫的環(huán)境。4.普通濁度儀探頭采用透射式或者反射式，不能適用于濁度變化范圍廣的領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)在極低溫、極高溫以及強(qiáng)微波等特殊環(huán)境下濁度的大范圍精確測(cè)量的基于光纖的濁度測(cè)量裝置。
[0007]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種基于光纖的濁度測(cè)量裝置，包括光源、傳導(dǎo)光纖、光學(xué)探頭和探測(cè)器，其特征在于:所述傳導(dǎo)光纖是多合一的光纖，其包括光纖a、光纖b、光纖C，所述光源經(jīng)光纖a與光學(xué)探頭連接，所述光學(xué)探頭包括與光源連接的準(zhǔn)直透鏡、透射光匯聚透鏡、散射光匯聚透鏡，所述透射光匯聚透鏡經(jīng)光纖c與探測(cè)器b連接，所述散射光匯聚透鏡經(jīng)光纖b與探測(cè)器a連接，所述光源內(nèi)包括對(duì)光源輸出的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制的探測(cè)器C。本實(shí)用新型的光學(xué)探頭和光源、探測(cè)器在空間上完全獨(dú)立，方便光源、探測(cè)器的更新升級(jí)，提高整套濁度測(cè)試系統(tǒng)的使用壽命，特別適用于濁度探頭安裝不變的場(chǎng)合，比如密閉容器內(nèi)。
[0009]進(jìn)一步，所述光源還包含一提高光源進(jìn)入光纖a的能量的耦合透鏡。
[0010]進(jìn)一步，所述探測(cè)器c的信號(hào)采集電路中采用帶通濾波器。本實(shí)用新型采用一種光強(qiáng)調(diào)制技術(shù)，將信號(hào)光信號(hào)從直流調(diào)制為交流，帶通濾波器過(guò)濾頻率很低的背景光信號(hào)和頻率很高的隨機(jī)噪聲，準(zhǔn)確提取頻率等于調(diào)制信號(hào)頻率的交流信號(hào)，因而大大增強(qiáng)信號(hào)的信噪比。光源驅(qū)動(dòng)采用PWM調(diào)制信號(hào)，調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾波之后得到正弦型號(hào)。
[0011]進(jìn)一步，所述透射光匯聚透鏡與準(zhǔn)直透鏡相對(duì)設(shè)置，分別設(shè)置在待測(cè)溶液的兩側(cè)。
[0012]進(jìn)一步，所述散射光匯聚透鏡設(shè)置在待測(cè)溶液的上方匯聚90度散射光。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果:
[0014](I)光學(xué)探頭和光源、探測(cè)器在空間上完全獨(dú)立，方便光源、探測(cè)器的更新升級(jí)，提高整套濁度測(cè)試系統(tǒng)的使用壽命，特別適用于濁度探頭安裝不變的場(chǎng)合，比如密閉容器內(nèi)。
[0015](2)光源采用光強(qiáng)調(diào)制光源，可以有效減少背景光的干擾。
[0016](3)光源包含一個(gè)探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)輸出光強(qiáng)信號(hào)的閉環(huán)控制，提高輸出光信號(hào)的穩(wěn)定性。
[0017](4)傳遞光信號(hào)的光纖采用對(duì)合一的光纖，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定，在光源、探測(cè)器與光學(xué)探頭距離較長(zhǎng)時(shí)也適用。
[0018](5)光學(xué)探頭可以實(shí)現(xiàn)透射光和90度散射光的檢測(cè)，提升系統(tǒng)檢測(cè)池度值的檢測(cè)范圍和精度，對(duì)于低濁度水樣(小于10NTU)采用90度散射法，對(duì)于高濁度水樣(大于10NTU)采用透射法。
[0019](6)光學(xué)探頭不包含金屬材料和電子元器件，可以在極高溫度、極低溫度和強(qiáng)微波環(huán)境下使用。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型的原理結(jié)構(gòu)框圖。
[0021]圖2是本實(shí)用新型的基于光纖的濁度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)置圖。
[0022]圖3是本實(shí)用新型的光源驅(qū)動(dòng)的PWM調(diào)制信號(hào)示意圖。
[0023]圖4是本實(shí)用新型的光源調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的信號(hào)波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但并不將本實(shí)用新型局限于這些【具體實(shí)施方式】。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本實(shí)用新型涵蓋了權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)所可能包括的所有備選方案、改進(jìn)方案和等效方案。
[0025]參照?qǐng)D1-4，一種基于光纖的濁度測(cè)量裝置，包括光源1、傳導(dǎo)光纖2、光學(xué)探頭3和探測(cè)器4，所述傳導(dǎo)光纖2是多合一的光纖，其包括光纖a、光纖b、光纖C，所述光源I經(jīng)光纖a與光學(xué)探頭3連接，所述光學(xué)探頭3包括與光源I連接的準(zhǔn)直透鏡31、透射光匯聚透鏡32、散射光匯聚透鏡33，所述透射光匯聚透鏡32經(jīng)光纖c與探測(cè)器b連接，所述散射光匯聚透鏡33經(jīng)光纖b與探測(cè)器a連接，所述光源I內(nèi)包括對(duì)光源I輸出的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制的探測(cè)器C。本實(shí)用新型的光學(xué)探頭3和光源1、探測(cè)器4在空間上完全獨(dú)立，方便光源1、探測(cè)器4的更新升級(jí)，提高整套濁度測(cè)試系統(tǒng)的使用壽命，特別適用于濁度探頭安裝不變的場(chǎng)合，比如密閉容器內(nèi)。所述光源I經(jīng)光強(qiáng)調(diào)制技術(shù)調(diào)制后進(jìn)入傳導(dǎo)光纖2，傳導(dǎo)光纖2將調(diào)制后的光信號(hào)傳遞給光學(xué)探頭3，進(jìn)入光學(xué)探頭3內(nèi)的光信號(hào)經(jīng)待測(cè)溶液透射再匯聚后進(jìn)入傳導(dǎo)光纖2，傳導(dǎo)光纖2將匯聚后的透射信號(hào)傳遞給相應(yīng)的探測(cè)器4進(jìn)行檢測(cè)，或者進(jìn)入光學(xué)探頭3內(nèi)的光信號(hào)經(jīng)待測(cè)溶液90度散射再匯聚后進(jìn)入傳導(dǎo)光纖2，傳導(dǎo)光纖2將匯聚后的90度散射信號(hào)傳遞給相應(yīng)的探測(cè)器4進(jìn)行檢測(cè)。本實(shí)用新型光源I采用光強(qiáng)調(diào)制光源，可以有效減少背景光的干擾。本實(shí)用新型光學(xué)探頭3可以實(shí)現(xiàn)透射光和90度散射光的檢測(cè)，提升系統(tǒng)檢測(cè)濁度值的檢測(cè)范圍和精度，對(duì)于低濁度水樣(小于10NTU)采用90度散射法，對(duì)于高濁度水樣(大于10NTU)采用透射法，而且不包含金屬材料和電子元器件，可以在極高溫度、極低溫度和強(qiáng)微波環(huán)境下使用。本實(shí)用新型的傳導(dǎo)光纖2是一多合一的光纖，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定，在光源1、探測(cè)器4與光學(xué)探頭3距離較長(zhǎng)時(shí)也適用，既可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)從光源I向光學(xué)探頭3的傳遞，也可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)從光學(xué)探頭3向探測(cè)器4的傳遞，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定。
[0026]本實(shí)施例所述光源I還包含一提高光源I進(jìn)入光纖a的能量的耦合透鏡12。本實(shí)施例光源I包含探測(cè)器cll，直接檢測(cè)光源輸出光信號(hào)強(qiáng)度，并將信號(hào)傳遞給探測(cè)器cll實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。光源I包含耦合透鏡12，提高光源進(jìn)入光纖的能量。光學(xué)探頭3包含準(zhǔn)直透鏡31，把光纖發(fā)出的光變?yōu)槠叫泄獬錾?；透射光匯聚透鏡32，把透過(guò)待測(cè)溶液34的信號(hào)光匯聚到光纖c并傳遞到探測(cè)器b中，實(shí)現(xiàn)透射信號(hào)的檢測(cè)；散射光匯聚透鏡33，把經(jīng)過(guò)待測(cè)溶液34的信號(hào)光匯聚到光纖b并傳遞到探測(cè)器a中，實(shí)現(xiàn)90度散射信號(hào)的檢測(cè)。
[0027]本實(shí)施例所述探測(cè)器c的信號(hào)采集電路中采用帶通濾波器。本實(shí)用新型采用一種光強(qiáng)調(diào)制技術(shù)，將信號(hào)光信號(hào)從直流調(diào)制為交流，帶通濾波器過(guò)濾頻率很低的背景光信號(hào)和頻率很高的隨機(jī)噪聲，準(zhǔn)確提取頻率等于調(diào)制信號(hào)頻率的交流信號(hào)，因而大大增強(qiáng)信號(hào)的信噪比。光源I驅(qū)動(dòng)采用PWM調(diào)制信號(hào)，如圖3所示，調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾波之后得到正弦型號(hào)，如圖4所示。
[0028]本實(shí)施例所述透射光匯聚透鏡32與準(zhǔn)直透鏡31相對(duì)設(shè)置，分別設(shè)置在待測(cè)溶液34的兩側(cè)。本實(shí)施例所述散射光匯聚透鏡33設(shè)置在待測(cè)溶液34的上方匯聚90度散射光。
[0029]在工作過(guò)程中，當(dāng)檢測(cè)低濁度水樣(小于10NTU)時(shí)，經(jīng)過(guò)調(diào)制光信號(hào)從光源I發(fā)出，通過(guò)傳導(dǎo)光纖2中的光纖a的傳導(dǎo)，準(zhǔn)直透鏡31的準(zhǔn)直，待測(cè)溶液34的散射，散射光匯聚透鏡33的匯聚，傳導(dǎo)光纖2中的光纖b的再次傳導(dǎo)，到達(dá)探測(cè)器a，實(shí)現(xiàn)90度散射信號(hào)的檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)高濁度水樣(大于10NTU)時(shí)，經(jīng)過(guò)調(diào)制光信號(hào)從光源I發(fā)出，通過(guò)傳導(dǎo)光纖2中的光纖a的傳導(dǎo)，準(zhǔn)直透鏡31的準(zhǔn)直，待測(cè)溶液34的吸收，透射光匯聚透鏡32的匯聚，傳導(dǎo)光纖2中的光纖c的再次傳導(dǎo)，到達(dá)探測(cè)器b，實(shí)現(xiàn)透射信號(hào)的檢測(cè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于光纖的濁度測(cè)量裝置，包括光源、傳導(dǎo)光纖、光學(xué)探頭和探測(cè)器，其特征在于:所述傳導(dǎo)光纖是多合一的光纖，其包括光纖a、光纖b、光纖C，所述光源經(jīng)光纖a與光學(xué)探頭連接，所述光學(xué)探頭包括與光源連接的準(zhǔn)直透鏡、透射光匯聚透鏡、散射光匯聚透鏡，所述透射光匯聚透鏡經(jīng)光纖c與探測(cè)器b連接，所述散射光匯聚透鏡經(jīng)光纖b與探測(cè)器a連接，所述光源內(nèi)包括對(duì)光源輸出的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制的探測(cè)器c。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖的濁度測(cè)量裝置，其特征在于:所述光源還包含一提高光源進(jìn)入光纖a的能量的耦合透鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖的濁度測(cè)量裝置，其特征在于:所述探測(cè)器c的信號(hào)采集電路中采用帶通濾波器。
4.如權(quán)利要求1~3之一所述的一種基于光纖的濁度測(cè)量裝置，其特征在于:所述透射光匯聚透鏡與準(zhǔn)直透鏡相對(duì)設(shè)置，分別設(shè)置在待測(cè)溶液的兩側(cè)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于光纖的濁度測(cè)量裝置，其特征在于:所述散射光匯聚透鏡設(shè)置在待測(cè)溶液的上方匯聚90度散射光。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種基于光纖的濁度測(cè)量裝置，包括光源、傳導(dǎo)光纖、光學(xué)探頭和探測(cè)器，所述傳導(dǎo)光纖是多合一的光纖，其包括光纖a、光纖b、光纖c，所述光源經(jīng)光纖a與光學(xué)探頭連接，所述光學(xué)探頭包括與光源連接的準(zhǔn)直透鏡、透射光匯聚透鏡、散射光匯聚透鏡，所述透射光匯聚透鏡經(jīng)光纖c與探測(cè)器b連接，所述散射光匯聚透鏡經(jīng)光纖b與探測(cè)器a連接，所述光源內(nèi)包括對(duì)光源輸出的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制的探測(cè)器c。本實(shí)用新型的光學(xué)探頭和光源、探測(cè)器在空間上完全獨(dú)立，方便光源、探測(cè)器的更新升級(jí)，提高整套濁度測(cè)試系統(tǒng)的使用壽命，特別適用于濁度探頭安裝不變的場(chǎng)合，比如密閉容器內(nèi)。
【IPC分類(lèi)】G01N15-06
【公開(kāi)號(hào)】CN204594850
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520328439
【發(fā)明人】陳正偉, 劉鐵兵, 朱建華, 周律, 周揚(yáng), 施秧, 裘君英, 劉瀏
【申請(qǐng)人】浙江科技學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年5月20日