用调制光强的虚拟浊度仪

    在人们生活和生产中，常用浊度(turbidity)来表征液体的清洁度。浊度是液体的光学性质的表达，是指液体中的微粒对光的散射和吸收。浊度与液体中 的悬浮微粒的浓度、形状、人小、表面状况等因素有关。浊度测量中，一个需要解决的问题就是如何避兔背景光对测量的干扰。常用的方法是完全封闭起来遮蔽背景 光。然而对于沉入式、插入式结构的在线浊度仪，为保证浊液自然畅通地进入探头，就小能采用封闭结构，必然有背景光的影响。木文介绍一种以调制光强为光源照 射浊液用信写处理的方法来滤除背景光的干扰。

    1采用调制光强测量浊度的原理

    当一束光照射到被测水样时，在浊度小人的情况下(<2000ETU ) } 90°方向所接受到的散射光强度可用下式来表示:

    由此可见u'(t)的幅值与浊度T成正比，小受环境光的强弱及其变化影响。此信写经整流，低通滤波，标定仪器时确定常量系数，就可计算出浊度。

    对于透射测浊度法原理相同，只小过将上述的K'TI换为I-exp(一KTL)。

    2 非线性的矫正问题

    上述原理在光电信写转换是线性的情况下才能成立。如果转换是非线性的，只要转换函数是单调函数，我们就可以作矫正处理，把非线性函数线性化。同样可用上述的方法。

    为作矫正处理，必须找出转换的特性，即探测器上的光强信写与它转换为电信写的关系。虽然可用照度计测量小同光强对应浊度仪上的电信写，找出转换的特性，但我们要浊度仪自身具有矫正能力，以便浊度仪定期矫正。按以下方法进行线性化:

    1)浊度仪设置两个光源，一个光源I可以调节强度(可以把测量浊度的光源兼作此用)，另一光源△I只有开、关两态，△I尽量小，且稳定。先将光源I调节到探测器能分辨的最低光强。

    2)光源I单独照射浊度仪的探测器，产生电信号 U1，然后打开光源△I，两个光源共同照射浊度仪的探测器，产生电信号 U1'。

    图中，设“光源”模块为50+30sin(600πt)，经浊液散射于探测器。“浊液”模块设为0到30缓慢变化的量，见图4。“环境光”模块的输出见图 4，它由直流、限带白噪声、阶跃、脉冲信号组成。“透射”和“散射”模块分别按(1)式(2)式运算，取常参数KL=0.01(取小值让环境光影响比较 人).K' =10 "Fcn"模块是假定的光信号到电信号的转换函数:In(u+1)，它是非线性的，但满足单调的条件。"Zero-Order-hold”和 “Quantizer"模块分别对电信号采样、量化，也就是A/D转换。到此，可以将信号输入计算机处理。“Look-up Table"模块，按前非线性的矫正所述处理，得到与光强近似为线性关系的输出量，小过这里X0,X1, X2  Xn是从In(u+1)算得，小是按上述步骤得到的。“带通滤波器”为IIR , Butterworth型滤波器，通带:290Hz到310Hz."Abs”就是数字的全波整流。低通滤波得到缓慢变化的浊度信号。为输出图形便于观察比 较，加入Gain1.Gain2。仿真输出结果如图4。