柱积分智能激光浊度仪的设计原理与应用

　　柱积分智能浊度仪采用8031单片机芯片,适当扩展了其外部设备,构成光、机、电一体化的智能仪器。优良的He-Ne激光管为光源,单色性好、波长适中(623·5nm),可减少水中有机物对浊度测试的干扰,克服了以往浊度仪光源单色性差、易损坏的缺点。独特的电路设计可避免水中气泡对测试的影响。最大限度地保证比浊测试始终处于干净状态[1~3]。

　　1　浊度仪设计的基本理论

　　当一束光照射到某一分散物质(水样)上时,一部分光被散射,一部分光被反射和折射,一部分光被吸收,其余的则透过水样。当分散物中粒子的直径远小于入射光的波长(约小于20倍)时,由瑞利公式可知粒子对光的作用主要是散射,故当强度为I0的束光通过厚度为L的水样,且不考虑试样对光的吸收时,根据散射光浊度与光程和入射光光径成正比的关系得I=I0(1-e-KL)。K:水样的浊度;L:光程长;I:散射光强度;I0:入射光强度。当KL 1时,I≈I0KL,即散射光与水样浊度有近似的线性关系[4~6]。该仪器就是根据上式设计的。为使仪器所测浊度反映微粒集合散射光的综合效果,提高测量灵敏度,该仪器采用柱积分方式对散射光进行光电转换,即在比浊管的周围平等排列3个间隔120°的光电池以接收360°范围的试样发射的全部散射光,也称柱积分测浊法。当浊度小,光程较短时KL 1,则I=I0KL,即散射光与水样浊度有近似线性关系,当浊度较大时,采用非线性补偿方式进行测量。

　　2　浊度仪检测原理

　　水样从进水口1流经多功能电磁阀2到减压扩容气泡分离装置3,水样中溶解的气体在气泡分离装置中排空。开启多功能电磁阀2,让水样从浊度检测器6中的比浊管流过,并由溢流口7流出。从光源发出的光经光窗垂直投射到检测器的比浊管中,水中颗粒物质产生的散射光被置于比浊管周围与入射光成90°的光电池接收,并转换成电信号,此信号被送到I/V转换电路进行放大处理,将电信号转换成数字信号[7~9]。如图1所示。

　　当系统上电后即开始进入浊度的检测状态,由信号调整电路将微小的光电动势放大后形成标准模拟信号,经A/D转换进入CPU,同时CPU根据测得的数据信号对浊度进行非线性修正后,送显示器以及形成串行信号经RS485接口或经D/A转换为4~20 mA电流信号发送出去[10,11]。一、二次仪表间采用二线制RS485通讯方式实现监测。自动定期检验和标定。液晶显示测量结果、实时曲线、历史曲线、操作提示、设置参数、报警信息及仪器工作状态;微型打印机打印各种数据和曲线,便于数据保存及问题分析。其工作原理如图2所示。

　　3　应用与现场测试结果分析