一種超聲波汙泥濃度在線監測裝置製造方法
2023-07-20 04:37:21
一種超聲波汙泥濃度在線監測裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開一種超聲波汙泥濃度在線監測裝置，包括超聲波發射電路、超聲波發射換能器、超聲波接收換能器、超聲波接收電路、溫度傳感器、溫度測量電路、微處理器、串行通信電路、電流信號輸出電路、3G通信模塊以及固定架；所述3G通信模塊與微處理器連接；本發明採用超聲波監測方法，其具有較強的抗幹擾性能，能夠準確的獲取相關監測數據，並通過微處理器進行分析和運算得出汙泥濃度，該汙泥濃度經過3G通信模塊將微處理器的測試結果及時有效地傳輸至監測中心進行分析及作出相應的決策，全面連續地對汙泥濃度的動態變化進行實時監測；所採用的3G通信模塊為無線通信網絡系統，便於現場布設和遠程傳輸；並能夠直觀的表達監測結果。
【專利說明】一種超聲波汙泥濃度在線監測裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及智能監測設備【技術領域】，尤其是指一種超聲波汙泥濃度在線監測裝置。
【背景技術】
[0002]汙泥濃度是給水廠、汙水廠等運行中的一個重要工藝控制參數。傳統的人工取樣化學烘乾分析方法，效率低、測量周期長，難以在工藝控制中發揮作用。為此，人們開發了以光學法、射線法、振動法、超聲波法為基礎的汙泥濃度測量儀器，特別是超聲波衰減法汙泥濃度測量儀在汙水處理領域應用較多。由於實際應用中環境條件變化大，被測汙泥溫度變化範圍較寬等原因，現有的汙泥濃度測量儀器很難取得滿意的測量精度。可攜式超聲波汙泥計可以通過測量前進行標定來提高測量精度，而實時在線監測用超聲波汙泥濃度計則很難頻繁進行人工標定，因此測量誤差較大，難以發揮作用。
[0003]目前，國內外城市汙水處理廠80%均採用活性汙泥處理方案。因此，監控汙水處理的質量效果，首先應監測汙水中活性汙泥的特性指標:SV，MLSS，SVI, SDI。按當前國際規範的手工檢測技術途徑，無法實現晝夜連續監控的技術目標。
[0004]在活性汙泥法處理過程的運行管理上和活性汙泥淨化反應的各項試驗中，作為活性汙泥濃度指標而廣泛使用的是活性汙泥混合液懸浮物濃度(MLSS)和30min沉澱容積的百分比(SV3o)。
[0005]汙泥MLSS是很重要的參數，工程上往往以MLSS作為間接計量活性汙泥微生物量的指標，它是運行管理的一個重要控制參數。如果MLSS超出特定範圍，必須設法使其恢復正常，否則勢必造成生物處理系統出水水質發生變化，甚至導致包括懸浮物在內的各種排放指標超標。另外，通過測定MLSS，還可以監測混合液的汙泥體積指數，從而了解活性汙泥及其他生物懸浮液的沉降特性和活性。
[0006]SV值的測定可用於監控活性汙泥混合液的性能。常常用SV來指導活性汙泥系統的運行。如果當活性汙泥的凝聚、沉降性能良好時，SV的大小可以反映活性汙泥池正常運行的汙泥量(國際標準為2~-4g/L)。所以在很多汙水廠中往往用SV來控制剩餘汙泥的排放量。
[0007]汙泥指數SVI能比較準確的反映出活性汙泥沉降性能的好壞。相對SV來說，SVI的概念中排除了汙泥濃度對沉降體積的影響，能較好的反映出活性汙泥的鬆散程度和凝聚、沉澱性能，是判斷汙泥沉降濃縮性能的一個常用參數。
[0008]目前，國內外對MLSS的測量還採用耗時費力的重量分析方法，往往要花費幾個小時才能檢測出結果。國外進口的光學濁度探測頭，價格較貴，且靈敏度教低，它只能粗略地判斷MLSS，其誤差極大，此外光電比色法僅能檢測MLSS單指標。另外，國內外對SV和SVI還沒有形成一套較完整的自動監測路線，這兩個指標的監測都是靠人工方式進行的，因此晝夜連續運轉的處理過程無法實現高效率，一天三班制的人力資源的浪費，造成信息自動匯集不及時，造成汙水處理自動化機制的落後。
【發明內容】
[0009]有鑑於此，本發明針對現有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種智能化監測、抗幹擾性強、精準度高、能夠及時分析及處理相關實驗數據的超聲波汙泥濃度在線監測裝置。
[0010]為實現上述目的，本發明採用如下之技術方案:一種超聲波汙泥濃度在線監測裝置，包括超聲波發射電路、超聲波發射換能器、超聲波接收換能器、超聲波接收電路、溫度傳感器、溫度測量電路、微處理器、串行通信電路、電流信號輸出電路、3G通信模塊以及固定架；所述超聲波發射換能器和超聲波接收換能器相對間隔布置，中間通過固定架固定；所述微處理器包括有微處理器擴展電路和裝有編寫好的微處理器控制軟體；所述3G通信模塊與微處理器連接；
所述超聲波發射電路是在微處理器擴展電路的控制下，按程序設定的工作頻率為超聲發射波換能器提供激勵脈衝信號，超聲波接收電路把超聲波接收換能器產生的信號經放大、檢波後送給微處理器擴展電路採樣，同時，溫度測量電路將所測溫度信號放大後送給微處理器擴展電路採樣，微處理器控制軟體根據採樣到的超聲波接收信號幅值計算出超聲波的衰減比，再根據採樣到的溫度值按照衰減比隨溫度的變化規律對衰減比進行溫度修正，進而根據衰減比按照汙泥濃度與衰減比的關係計算出汙泥濃度值；所述3G通信模塊將將分析結果通過圖形和曲線的方式輸出至監測中心進行數據的進一步分析並作出相應的決策。
[0011]作為一種優選方案，所述超聲波發射電路是採用直接數字合成技術DDS的發射電路；
作為一種優選方案，所述微處理器擴展電路中有儲存水溫對超聲波衰減的影響數據的存儲器。
[0012]作為一種優選方案，所述溫度傳感器固定在超聲波發射或接收換能器的殼體的內壁上。
[0013]本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果，具體如下:
1、本發明採用超聲波監測方法，其具有較強的抗幹擾性能，能夠準確的獲取相關監測數據，並通過微處理器進行分析和運算得出汙泥濃度，該汙泥濃度經過3G通信模塊將微處理器的測試結果及時有效地傳輸至監測中心進行分析及作出相應的決策，全面連續地對汙泥濃度的動態變化進行實時監測；所採用的3G通信模塊為無線通信網絡系統，便於現場布設和遠程傳輸；並能夠直觀的表達監測結果。
[0014]2、該超聲波發射電路是採用直接數字合成技術的發射電路，直接數字合成技術(DDS)是用數字控制的方法從一個頻率參考源產生多種頻率，由於用做頻率參考源的石英晶體振蕩器具有極高的溫度穩定性，且數字合成電路精度很高，所以由此得到的正弦波頻率非常穩定，極大地提高了發射頻率的穩定性，解決了頻率漂移的問題。將直接數字合成頻率技術引入超聲波發射電路，大大提高了儀表的測量穩定性和測量精度。
[0015]3、該微處理器擴展電路的存儲器中儲存有水溫對超聲波衰減的影響數據。汙泥對超聲波的衰減由兩部分組成，一是水的吸收，二是與汙泥濃度有關的汙泥顆粒的散射。通過試驗我們得到了 0-40°C水溫對超聲波衰減的影響規律，並將相關參數存儲到存儲器中，微處理器根據檢測到的被測液體的溫度值按此規律進行溫度補償，計算出汙泥的實際濃度。
[0016]4、該超聲波發射換能器和超聲波接收換能器相對間隔布置，中間通過固定架固定。這樣確保超聲波發射換能器發出的超聲波穿過被測汙泥之後，能穩定地到達超聲波接收換能器，帶動超聲波接收換能器振動，提高了測量精度。
[0017]5、該超聲波發射電路採用DDS直接數字合成頻率技術，極大提高發射頻率的穩定性，從而提高了測量精度和穩定性。
[0018]6、該溫度傳感器和超聲波傳感器裝在同一個探頭內，能同時檢測被測液體的濃度和溫度，應用方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明之較佳實施例中的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0020]請參照圖1所示，一種超聲波汙泥濃度在線監測裝置，包括超聲波發射電路、超聲波發射換能器、超聲波接收換能器、超聲波接收電路、溫度傳感器、溫度測量電路、微處理器、串行通信電路、電流信號輸出電路、3G通信模塊以及固定架；所述超聲波發射換能器和超聲波接收換能器相對間隔布置，中間通過固定架固定；所述微處理器包括有微處理器擴展電路和裝有編寫好的微處理器控制軟體；所述3G通信模塊與微處理器連接。
[0021]其中，該超聲波發射電路是在微處理器擴展電路的控制下，按程序設定的工作頻率為超聲發射波換能器提供激勵脈衝信號，超聲波接收電路把超聲波接收換能器產生的信號經放大、檢波後送給微處理器擴展電路採樣，同時，溫度測量電路將所測溫度信號放大後送給微處理器擴展電路採樣，微處理器控制軟體根據採樣到的超聲波接收信號幅值計算出超聲波的衰減比，再根據採樣到的溫度值按照衰減比隨溫度的變化規律對衰減比進行溫度修正，進而根據衰減比按照汙泥濃度與衰減比的關係計算出汙泥濃度值；所述3G通信模塊將將分析結果通過圖形和曲線的方式輸出至監測中心進行數據的進一步分析並作出相應的決策。
[0022]該超聲波發射電路是採用直接數字合成技術DDS的發射電路；
該微處理器擴展電路中有儲存水溫對超聲波衰減的影響數據的存儲器。
[0023]該溫度傳感器固定在超聲波發射或接收換能器的殼體的內壁上。
[0024]本發明的設計重點在於:本發明採用超聲波監測方法，其具有較強的抗幹擾性能，能夠準確的獲取相關監測數據，並通過微處理器進行分析和運算得出汙泥濃度，該汙泥濃度經過3G通信模塊將微處理器的測試結果及時有效地傳輸至監測中心進行分析及作出相應的決策，全面連續地對汙泥濃度的動態變化進行實時監測；所採用的3G通信模塊為無線通信網絡系統，便於現場布設和遠程傳輸；並能夠直觀的表達監測結果。
[0025]該超聲波發射電路是採用直接數字合成技術的發射電路，直接數字合成技術(DDS)是用數字控制的方法從一個頻率參考源產生多種頻率，由於用做頻率參考源的石英晶體振蕩器具有極高的溫度穩定性，且數字合成電路精度很高，所以由此得到的正弦波頻率非常穩定，極大地提高了發射頻率的穩定性，解決了頻率漂移的問題。將直接數字合成頻率技術引入超聲波發射電路，大大提高了儀表的測量穩定性和測量精度。該微處理器擴展電路的存儲器中儲存有水溫對超聲波衰減的影響數據。汙泥對超聲波的衰減由兩部分組成，一是水的吸收，二是與汙泥濃度有關的汙泥顆粒的散射。通過試驗我們得到了 0-40°C水溫對超聲波衰減的影響規律，並將相關參數存儲到存儲器中，微處理器根據檢測到的被測液體的溫度值按此規律進行溫度補償，計算出汙泥的實際濃度。
[0026]該超聲波發射換能器和超聲波接收換能器相對間隔布置，中間通過固定架固定。這樣確保超聲波發射換能器發出的超聲波穿過被測汙泥之後，能穩定地到達超聲波接收換能器，帶動超聲波接收換能器振動，提高了測量精度。該超聲波發射電路採用DDS直接數字合成頻率技術，極大提高發射頻率的穩定性，從而提高了測量精度和穩定性。該溫度傳感器和超聲波傳感器裝在同一個探頭內，能同時檢測被測液體的濃度和溫度，應用方便。
[0027]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明的技術範圍作任何限制，故凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何細微修改、等同變化和修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.一種超聲波汙泥濃度在線監測裝置，其特徵在於:包括超聲波發射電路、超聲波發射換能器、超聲波接收換能器、超聲波接收電路、溫度傳感器、溫度測量電路、微處理器、串行通信電路、電流信號輸出電路、3G通信模塊以及固定架；所述超聲波發射換能器和超聲波接收換能器相對間隔布置，中間通過固定架固定；所述微處理器包括有微處理器擴展電路和裝有編寫好的微處理器控制軟體；所述3G通信模塊與微處理器連接； 所述超聲波發射電路是在微處理器擴展電路的控制下，按程序設定的工作頻率為超聲發射波換能器提供激勵脈衝信號，超聲波接收電路把超聲波接收換能器產生的信號經放大、檢波後送給微處理器擴展電路採樣，同時，溫度測量電路將所測溫度信號放大後送給微處理器擴展電路採樣，微處理器控制軟體根據採樣到的超聲波接收信號幅值計算出超聲波的衰減比，再根據採樣到的溫度值按照衰減比隨溫度的變化規律對衰減比進行溫度修正，進而根據衰減比按照汙泥濃度與衰減比的關係計算出汙泥濃度值；所述3G通信模塊將將分析結果通過圖形和曲線的方式輸出至監測中心進行數據的進一步分析並作出相應的決策。
2.根據權利要求1所述一種超聲波汙泥濃度在線監測裝置，其特徵在於:所述超聲波發射電路是採用直接數字合成技術DDS的發射電路。
3.根據權利要求1所述一種超聲波汙泥濃度在線監測裝置，其特徵在於:所述微處理器擴展電路中有儲存水溫對超聲波衰減的影響數據的存儲器。
4.根據權利要求1所述一種超聲波汙泥濃度在線監測裝置，其特徵在於:所述溫度傳感器固定在超聲波發射或接收換能器的殼體的內壁上。
【文檔編號】G08C17/02GK103645246SQ201310571812
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月16日 優先權日:2013年11月16日
【發明者】石冰鑫, 李景雲 申請人:中山歐麥克儀器設備有限公司