一種濁度儀和水的濁度的測量方法
2023-05-24 10:09:26
一種濁度儀和水的濁度的測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種濁度儀及水的濁度的測量方法，其中濁度儀包括光源模塊、探測接收模塊和計算模塊；光源模塊用於周期性的向待測量的樣水發射兩種不同頻率的入射光；探測接收模塊用於在與入射光呈90°和130°～140°的位置接收散射光，生成電壓採樣信號並發送至計算模塊；計算模塊用於根據電壓採樣信號計算待測量樣水的濁度。本發明通過發射兩種互不幹擾頻率的光可以有效的避免水中雜散光和背景顏色的幹擾，而且在與入射光呈90°和130°～140°兩個位置接收散射光，加大了對樣水中大顆粒物質的監測，提高了測量的準確度。
【專利說明】一種濁度儀和水的濁度的測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水質測量領域，特別涉及一種濁度儀和水的濁度的測量方法。
【背景技術】
[0002]水的濁度是樣水的一種光學性質，是指樣水中固體懸浮微粒和雜質對光的散射引起樣水透明度的下降。根據濁度測量國際標準IS07027和美國環保標準EPA180.1，目前市場上生產的大多池度儀都米用測量方向與入射光方向成90°角的散射光來確定池度值並且光源使用直流發射方式。這種方法在一方面易受水中雜散光和背景顏色幹擾，另一方面測量高濁度樣水時線性度也不好。而且光源由於使用直流發射方式長期使用，器件老化快，光源容易衰減，需要經常標定。上述問題都會影響水的濁度測量的準確性。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種濁度儀及水的濁度的測量方法，以提高測量的準確性。
[0004]基於上述目的，本發明實施例提供了一種濁度儀，包括光源模塊、探測接收模塊和計算模塊；
光源模塊用於周期性的向待測量的樣水發射兩種不同頻率的入射光；
探測接收模塊用於在與入射光呈90°和130°?140°的位置接收散射光，生成電壓採樣信號並發送至計算模塊；
計算模塊用於根據電壓採樣信號計算待測量樣水的濁度。
[0005]優選的，光源模塊包括兩個光源子模塊；兩個的光源子模塊發射的入射光的頻率和入射位置均不同；
探測接收模塊包括四個探測接收子模塊；兩個的探測接收子模塊分別在與其中一種頻率的入射光呈90°和130°?140°的位置接收散射光；另兩個的探測接收子模塊分別在與另一種頻率的入射光呈90°和130°?140°的位置接收散射光；
其中，
每個光源子模塊由發射光電二極體、平行光透鏡組和光電二極體驅動電路構成；
光電二極體驅動電路用於向發射光電二極體發送驅動信號，驅動信號包含指定頻率； 發射光電二極體用於根據驅動信號，向待測量的樣水發射指定頻率的入射光；
平行光透鏡組用於將發射光電二極體發射的入射光進行聚焦；
和/或；
每個探測接收子模塊由接收光電二極體、透鏡組、電流/電壓轉換電路、帶通濾波放大電路、有效值轉換電路和A/D轉換器組成；
透鏡組用於將散射光信號聚焦到接收光電二極體上；
接收光電二極體用於將散射光信號轉換成對應的電流信號；
電流/電壓轉換電路用於將電流信號轉換為對應的初始電壓信號； 帶通濾波放大電路用於對初始電壓信號進行放大；
有效值轉換電路用於將放大後的電壓信號進行轉換，生成有效電壓信號；
A/D轉換器用於將有效電壓信號轉換為對應的數學信號進行採樣，生成電壓採樣信號。
[0006]優選的，兩個光源子模塊周期性的交替發射入射光或兩個光源子模塊周期性的同時發射入射光。其中交替發射既保證了對水的濁度的不間斷監測，又避免了光源模塊因一直發射造成的器件老化問題。
[0007]優選的，濁度儀還包括控制模塊和/或流通模塊和/或清洗模塊；
控制模塊用於向光電二極體驅動電路發送指令；指令包括指定頻率；
流通模塊用於實時提供待測量的樣水並使待測量的樣水處於流通狀態；
清洗模塊用於對光源模塊和探測接收模塊進行清洗。
[0008]優選的，探測接收模塊用於在與入射光呈90°和135°的位置接收散射光。其中，在135°的位置接收散射光，能最好的檢測大顆粒物質的影響。
[0009]本發明還提供了一種水的濁度的測量方法，應用在上述濁度儀中，方法包括:所述光源模塊周期性的向待測量的樣水發射兩種不同頻率的入射光；
所述探測接收模塊在與所述入射光呈90°和130°?140°的位置接收散射光，生成電壓米樣信號；
所述計算模塊根據所述電壓採樣信號計算所述待測量樣水的濁度。
[0010]優選的，
所述光源模塊周期性的向待測量的樣水發射兩種不同頻率的入射光具體為:
兩個光源子模塊在不同的入射位置周期性的向待測量的樣水分別發射不同頻率的入射光；所述光源模塊包括所述兩個光源子模塊；
所述探測接收模塊在與所述入射光呈90°和130°?140°的位置接收散射光具體
為:
所述探測接收模塊中的兩個探測接收子模塊分別在與其中一種頻率的入射光呈90°和130°?140°的位置接收散射光；另兩個探測接收子模塊分別在與另一種頻率的入射光呈90°和130°?140°的位置接收散射光；所述探測接收模塊包括所述四個探測接收子模塊。
[0011]優選的，
每個所述光源子模塊由發射光電二極體、平行光透鏡組和光電二極體驅動電路構成；每個所述光源子模塊發射入射光的過程包括:
所述光電二極體驅動電路向所述發射光電二極體發送驅動信號，所述驅動信號包含指定頻率；
所述發射光電二極體根據所述驅動信號，向所述待測量的樣水發射所述指定頻率的入射光；
所述平行光透鏡組將所述發射光電二極體發射的入射光進行聚焦；
和/或；
每個所述探測接收子模塊由接收光電二極體、透鏡組、電流/電壓轉換電路、帶通濾波放大電路、有效值轉換電路和A/D轉換器組成；每個所述探測接收子模塊接收散射光的過程包括:所述透鏡組將散射光信號聚焦到所述接收光電二極體上；
所述接收光電二極體將所述散射光信號轉換成對應的電流信號；
所述電流/電壓轉換電路將所述電流信號轉換為對應的初始電壓信號；
所述帶通濾波放大電路對所述初始電壓信號進行放大；
所述有效值轉換電路將所述放大後的電壓信號進行轉換，生成有效電壓信號；
所述A/D轉換器將所述有效電壓信號轉換為對應的數學信號進行採樣，生成電壓採樣信號。
[0012]優選的，
所述兩個光源子模塊在不同的入射位置周期性的向待測量的樣水分別發射不同頻率的入射光包括:
所述兩個光源子模塊在不同的入射位置周期性的向待測量的樣水交替發射不同頻率的入射光或所述兩個光源子模塊在不同的入射位置周期性的向待測量的樣水同時發射不同頻率的入射光。
[0013]優選的，所述計算模塊根據所述電壓採樣信號計算所述待測量樣水的濁度包括: 對長度為N的FIFO數據窗隊列中的N個電壓採樣信號求平均值5 ；
將所述N個電壓採樣信號依次與I)比較，調用分段加權濾波處理，產生一個對應的數據值，計算所述N個電壓採樣信號對應的數據值的平均值，並根據所述對應的數據值的平均值計算所述待測量樣水的濁度值；
其中，將所述N個電壓採樣信號依次與S比較，調用分段加權濾波處理，產生一個對應的數據值包括:
將第K個所述電壓採樣信號D與5比較，調用分段加權濾波處理，產生一個與所述第K
個電壓採樣信號D對應的數據值Di，分段加權公式為
【權利要求】
1.一種濁度儀，其特徵在於，所述濁度儀包括光源模塊、探測接收模塊和計算模塊； 所述光源模塊用於周期性的向待測量的樣水發射兩種不同頻率的入射光； 所述探測接收模塊用於在與所述入射光呈90°和130°~140°的位置接收散射光，生成電壓採樣信號並發送至所述計算模塊； 所述計算模塊用於根據所述電壓採樣信號計算所述待測量樣水的濁度。
2.如權利要求1所述的濁度儀，其特徵在於，所述光源模塊包括兩個光源子模塊；兩個所述的光源子模塊發射的入射光的頻率和入射位置均不同； 所述探測接收模塊包括四個探測接收子模塊；兩個所述的探測接收子模塊分別在與其中一種頻率的入射光呈90°和130°~140°的位置接收散射光；另兩個所述的探測接收子模塊分別在與另一種頻率的入射光呈90°和130°~140°的位置接收散射光； 其中， 每個所述光源子模塊由發射光電二極體、平行光透鏡組和光電二極體驅動電路構成；所述光電二極體驅動電路用於向所述發射光電二極體發送驅動信號，所述驅動信號包含指定頻率； 所述發射光電二極體用於根據所述驅動信號，向所述待測量的樣水發射所述指定頻率的入射光； 所述平行光透鏡組用於將所述發射光電二極體發射的入射光進行聚焦； 和/或； 每個所述探測接收子模塊由接收光電二極體、透鏡組、電流/電壓轉換電路、帶通濾波放大電路、有效值轉換電路和A/D轉換器組成； 所述透鏡組用於將散射光信號聚焦到所述接收光電二極體上； 所述接收光電二極體用於將所述散射光信號轉換成對應的電流信號； 所述電流/電壓轉換電路用於將所述電流信號轉換為對應的初始電壓信號； 所述帶通濾波放大電路用於對所述初始電壓信號進行放大； 所述有效值轉換電路用於將所述放大後的電壓信號進行轉換，生成有效電壓信號；所述A/D轉換器用於將所述有效電壓信號轉換為對應的數學信號進行採樣，生成電壓米樣信號。
3.如權利要求2所述的濁度儀，其特徵在於，兩個所述光源子模塊周期性的交替發射入射光或兩個所述光源子模塊周期性的同時發射入射光。
4.如權利要求2所述的濁度儀，其特徵在於，所述濁度儀還包括控制模塊和/或流通模塊和/或清洗模塊； 所述控制模塊用於向所述光電二極體驅動電路發送指令；所述指令包括所述指定頻率； 所述流通模塊用於實時提供待測量的樣水並使所述待測量的樣水處於流通狀態； 所述清洗模塊用於對所述光源模塊和所述探測接收模塊進行清洗。
5.如權利要求1-4中的任一項所述的濁度儀，其特徵在於，所述探測接收模塊用於在與所述入射光呈90°和135°的位置接收散射光。
6.一種水的濁度的測量方法，應用在如權利要求1所述的濁度儀中，其特徵在於，所述方法包括:所述光源模塊周期性的向待測量的樣水發射兩種不同頻率的入射光； 所述探測接收模塊在與所述入射光呈90°和130°~140°的位置接收散射光，生成電壓米樣信號； 所述計算模塊根據所述電壓採樣信號計算所述待測量樣水的濁度。
7.如權利要求6所述的測量方法，其特徵在於， 所述光源模塊周期性的向待測量的樣水發射兩種不同頻率的入射光具體為: 兩個光源子模塊在不同的入射位置周期性的向待測量的樣水分別發射不同頻率的入射光；所述光源模塊包括所述兩個光源子模塊； 所述探測接收模塊在與所述入射光呈90°和130°~140°的位置接收散射光具體為: 所述探測接收模塊中的兩個探測接收子模塊分別在與其中一種頻率的入射光呈90°和130°~140°的位置接收散射光；另兩個探測接收子模塊分別在與另一種頻率的入射光呈90°和130°~140°的位置接收散射光；所述探測接收模塊包括所述四個探測接收子模塊。
8.如權利要求7所述的測量方法，其特徵在於， 每個所述光源子模塊由發射光電二極體、平行光透鏡組和光電二極體驅動電路構成；每個所述光源子模塊發射入射光的過程包括: 所述光電二極體驅動電路向所述發射光電二極體發送驅動信號，所述驅動信號包含指定頻率； 所述發射光電二極體根據所述驅動信號，向所述待測量的樣水發射所述指定頻率的入射光； 所述平行光透鏡組將所述發射光電二極體發射的入射光進行聚焦； 和/或； 每個所述探測接收子模塊由接收光電二極體、透鏡組、電流/電壓轉換電路、帶通濾波放大電路、有效值轉換電路和A/D轉換器組成；每個所述探測接收子模塊接收散射光的過程包括: 所述透鏡組將散射光信號聚焦到所述接收光電二極體上； 所述接收光電二極體將所述散射光信號轉換成對應的電流信號； 所述電流/電壓轉換電路將所述電流信號轉換為對應的初始電壓信號； 所述帶通濾波放大電路對所述初始電壓信號進行放大； 所述有效值轉換電路將所述放大後的電壓信號進行轉換，生成有效電壓信號； 所述A/D轉換器將所述有效電壓信號轉換為對應的數學信號進行採樣，生成電壓採樣信號。
9.如權利要求7所述的測量方法，其特徵在於， 所述兩個光源子模塊在不同的入射位置周期性的向待測量的樣水分別發射不同頻率的入射光包括: 所述兩個光源子模塊在不同的入射位置周期性的向待測量的樣水交替發射不同頻率的入射光或所述兩個光源子模塊在不同的入射位置周期性的向待測量的樣水同時發射不同頻率的入射光。
10.如權利要求6-9中的任一項所述的測量方法，其特徵在於，所述計算模塊根據所述電壓採樣信號計算所述待測量樣水的濁度包括: 對長度為N的FIFO數據窗隊列中的N個所述電壓採樣信號求平均值5 ; 將所述N個電壓採樣信號依次與3比較，調用分段加權濾波處理，產生一個對應的數據值，計算所述N個電壓採樣信號對應的數據值的平均值，並根據所述對應的數據值的平均值計算所述待測量樣水的濁度值； 其中，將所述N個電壓採樣信號依次與?比較，調用分段加權濾波處理，產生一個對應的數據值包括: 將第K個所述電壓採樣信號D與5比較，調用分段加權濾波處理，產生一個與所述第K個電壓採樣信號D對應的數據值辦，分段加權公式為
11.如權利要求10所述的測量方法，其特徵在於，所述當D>Dj，則令K = N/2 Di =(0+5)/2包括:
N_ 當Dj <D I/ ,為氣泡幹擾，則令K=0，D、D' 其中，Df為所述待測量樣水所處環境下最高濁度水的採樣數據值。
12.如權利要求8所述的測量方法，其特徵在於，所述方法還包括: 所述濁度儀還包括控制模塊，所述控制模塊向所述光電二極體驅動電路發送指令；所述指令包括所述指定頻率； 和/或； 所述濁度儀還包括流通模塊，所述流通模塊實時提供待測量的樣水並使所述待測量的樣水處於流通狀態； 和/或； 所述濁度儀還包括清洗模塊，所述清洗模塊對所述光源模塊和所述探測接收模塊進行清洗。
【文檔編號】G01N21/47GK103575705SQ201310582945
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月19日 優先權日:2013年11月19日
【發明者】胡澄 申請人:蘇州熱工研究院有限公司, 中國廣核集團有限公司