一种泥沙含量在线自动监测仪的制作方法

1.本实用新型涉及泥沙监测技术领域，特别是一种泥沙含量在线自动监测仪。


背景技术：

2.随着城市化进程不断推进，水资源及生态环境已经越来越引起各方关注。由于水体中所含的固体最多的为泥沙，所以，对水体进行泥沙浊度的量化测量是检测水质是否安全非常重要的手段之一。浊度是表征水体的光学性质表示水中的悬浮颗粒对光线投射产生阻碍作用程度。当一束光线射向水样中，水中的物质与光线相互作用，会产生折射散射和吸收根据入射光的衰减程度，从而测出水样浊度的大小。在物理现象中表现为，当水越浑浊，透射光越弱，而散射光越强；反之，透射光越强，而散射光越弱。
3.按照国际标准iso 7027《水质-浊度的测定》定义，浊度是由于不溶性物质的存在而引起液体透明度降低的一种量度。在自然界中，大多数淡水水源都包含泥沙、微生物、悬浮颗粒等有机物和无机物，这些无机物等悬浮颗粒容易滋生细菌和病毒，而过滤这些悬浮物质有利于改善水质，对人们的生产生活产生重大影响。
4.现有技术的浊度检测仪结构复杂，操作复杂，体积较大，无法便捷携带，尚不能解决高浊度值水质中泥沙含量的精确测定，测试结果误差太大，有待改进。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，提出了本实用新型实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种泥沙含量在线自动监测仪。
6.为了解决上述问题，本实用新型实施例公开了一种泥沙含量在线自动监测仪，应用于测量水样中泥沙的含量，包括光学单元、检测单元、主控单元以及供电单元；其中，所述光学单元包括光发射单元、第一光接收单元、第二光接收单元；
7.所述光学单元、所述检测单元、所述主控单元依次连接；所述光学单元输出预设方向的散射光信号至所述检测单元；所述检测单元对所述散射光信号进行转换处理得到电信号，并通过所述检测单元的检波器进行采样后输送至所述主控单元；所述主控单元计算所述电信号的差值确定水样中泥沙的含量并通过无线通讯输出所述水样中泥沙的含量至云端服务器；
8.所述第一光接收单元设置于相对所述光发射单元水平方向，用于接收所述光发射单元发射光投射水样后的后向散射光信号；所述第二光接收单元设置于相对所述光发射单元垂直方向，用于接收所述光发射单元发射光投射水样后的90度散射光信号；
9.当所述检测单元接收到所述光学单元发出的散射光信号时，将所述散射光信号进行转换处理得到电信号，通过所述主控单元测量水样中泥沙的含量。
10.优选地，所述光学单元通过光纤进行传导光。
11.优选地，所述光发射单元包括光源和准直透镜，所述光源设置于所述准直透镜的内部。
12.优选地，所述光源为850nm中心波长、100mw红外以及pwm载波的红外led灯；所述准直透镜的焦距为25mm。
13.优选地，所述检测单元包括滤光片、前置放大电路、四介滤波电路、解调放大电路以及放大电路，所述四介滤波电路第一端与所述前置放大电路，所述四介滤波电路第二端与所述解调放大电路第一端连接，所述解调放大电路第二端与所述放大电路连接，所述前置放大电路用于接收经过所述滤光片的所述散射光信号。
14.优选地，所述检测单元采用850nm滤光片过滤所述光学单元发出的散射光信号，通过信号转换电路iv转换成电压信号后依次通过所述前置放大电路、所述四介滤波电路、所述解调放大电路以及所述放大电路进行预处理，预处理后通过检波器采样进行检测。
15.优选地，所述主控单元的采用16位模数转换器进行信号采集。
16.优选地，所述监测仪表面还设有刷头，通过所述主控单元控制刷头转动频率。
17.优选地，所述主控单元还包括pwm控制电路，所述光源与pwm控制电路电性连接。
18.优选地，所述供电单元包括蓄电池模块和太阳能充电模块；所述蓄电池模块为泥沙含量在线自动监测仪供电，所述太阳能充电模块为所述蓄电池模块供电。
19.本实用新型实施例包括以下优点：通过光学单元、检测单元、主控单元以及供电单元；其中，所述光学单元包括光发射单元、第一光接收单元、第二光接收单元；所述光学单元、所述检测单元、所述主控单元依次连接；所述光学单元输出预设方向的散射光信号至所述检测单元；所述检测单元对所述散射光信号进行转换处理得到电信号，并通过所述检测单元的检波器进行采样后输送至所述主控单元；所述主控单元计算所述电信号的差值确定水样中泥沙的含量并通过无线通讯输出所述水样中泥沙的含量至云端服务器；所述第一光接收单元设置于相对所述光发射单元水平方向，用于接收所述光发射单元发射光投射水样后的后向散射光信号；所述第二光接收单元设置于相对所述光发射单元垂直方向，用于接收所述光发射单元发射光投射水样后的90度散射光信号；当所述检测单元接收到所述光学单元发出的散射光信号时，将所述散射光信号进行转换处理得到电信号，通过所述主控单元测量水样中泥沙的含量。通过接收90度散射光和后向散射光，共两路光，这两路光强度电信号的差值作为浊度测量的参考，提高测量的精度，解决高浊度值水质中泥沙含量测试结果误差太大的问题；且通过主控单元将相应数据上传至云端服务器，操作者可以通过手机app等读取云端的数据，简化操作；监测仪由3串电池供电，并且有太阳能电池板对电池充电，一旦仪器被部署不需要维护，除非仪器故障报错，使用更加方便。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对本技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型实施例的泥沙含量在线自动监测仪的电路结构框图；
22.图2为本实用新型实施例的光发射单元结构图；
23.图3为本实用新型实施例的泥沙含量在线自动监测仪结构图。
具体实施方式
24.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
25.本实用新型实施例的核心构思之一在于，通过光学单元、检测单元、主控单元以及供电单元；其中，所述光学单元包括光发射单元、第一光接收单元、第二光接收单元；所述光学单元、所述检测单元、所述主控单元依次连接；所述光学单元输出预设方向的散射光信号至所述检测单元；所述检测单元对所述散射光信号进行转换处理得到电信号，并通过所述检测单元的检波器进行采样后输送至所述主控单元；所述主控单元计算所述电信号的差值确定水样中泥沙的含量并通过无线通讯输出所述水样中泥沙的含量至云端服务器；所述第一光接收单元设置于相对所述光发射单元水平方向，用于接收所述光发射单元发射光投射水样后的后向散射光信号；所述第二光接收单元设置于相对所述光发射单元垂直方向，用于接收所述光发射单元发射光投射水样后的90度散射光信号；当所述检测单元接收到所述光学单元发出的散射光信号时，将所述散射光信号进行转换处理得到电信号，通过所述主控单元测量水样中泥沙的含量。通过接收90度散射光和后向散射光，共两路光，这两路光强度电信号的差值作为浊度测量的参考，提高测量的精度，解决高浊度值水质中泥沙含量测试结果误差太大的问题；且通过主控单元将相应数据上传至云端服务器，操作者可以通过手机app等读取云端的数据，简化操作；监测仪由3串电池供电，并且有太阳能电池板对电池充电，一旦仪器被部署不需要维护，除非仪器故障报错，使用更加方便。
26.需要说明的是，本实用新型中的第一端、第二端是相对两边元器件位置描述。
27.参照图1-3，图1示出了本实用新型实施例的泥沙含量在线自动监测仪的电路结构框图，图2示出了本实用新型实施例的光发射单元结构图，图3示出了本实用新型实施例的泥沙含量在线自动监测仪结构图，具体可以包括如下：
28.包括光学单元、检测单元、主控单元以及供电单元(未在图中标注)；其中，所述光学单元包括光发射单元、第一光接收单元、第二光接收单元；
29.所述光学单元、所述检测单元、所述主控单元依次连接；所述光学单元输出预设方向的散射光信号至所述检测单元；所述检测单元对所述散射光信号进行转换处理得到电信号，并通过所述检测单元的检波器进行采样后输送至所述主控单元；所述主控单元计算所述电信号的差值确定水样中泥沙的含量并通过无线通讯输出所述水样中泥沙的含量至云端服务器；
30.所述第一光接收单元设置于相对所述光发射单元水平方向，用于接收所述光发射单元发射光投射水样后的后向散射光信号；所述第二光接收单元设置于相对所述光发射单元垂直方向，用于接收所述光发射单元发射光投射水样后的90度散射光信号；
31.当所述检测单元接收到所述光学单元发出的散射光信号时，将所述散射光信号进行转换处理得到电信号，通过所述主控单元测量水样中泥沙的含量。
32.在本技术的实施例中，通过光学单元、检测单元、主控单元以及供电单元；其中，所述供电单元分别为所述光学单元、所述检测单元、所述主控单元供电；所述光学单元包括光发射单元、第一光接收单元、第二光接收单元；所述光学单元、所述检测单元、所述主控单元依次连接；所述光学单元输出预设方向的散射光信号至所述检测单元；所述检测单元对所述散射光信号进行转换处理得到电信号，并通过所述检测单元的检波器进行采样后输送至
所述主控单元；所述主控单元计算所述电信号的差值确定水样中泥沙的含量并通过无线通讯输出所述水样中泥沙的含量至云端服务器；所述第一光接收单元设置于相对所述光发射单元水平方向，用于接收所述光发射单元发射光投射水样后的后向散射光信号；所述第二光接收单元设置于相对所述光发射单元垂直方向，用于接收所述光发射单元发射光投射水样后的90度散射光信号；当所述检测单元接收到所述光学单元发出的散射光信号时，将所述散射光信号进行转换处理得到电信号，通过所述主控单元测量水样中泥沙的含量。通过接收90度散射光和后向散射光，共两路光，这两路光强度电信号的差值作为浊度测量的参考，提高测量的精度，解决高浊度值水质中泥沙含量测试结果误差太大的问题；且通过主控单元将相应数据上传至云端服务器，操作者可以通过手机app等读取云端的数据，简化操作。
33.下面，将对本示例性实施例中一种泥沙含量在线自动监测仪作进一步地说明。
34.在本技术的一实施例中，所述光学单元通过光纤进行传导光，通过采用光纤用来导光做测试，保障光路的稳定。
35.作为一种示例，在具体操作过程中，所述第一光接收单元以及所述第二光接收单元可采用但不局限于高灵敏硅电池传感器，其中硅电池传感器则具有光电灵敏度高，体积小，重量轻，寿命长，测量精度准等特点
36.在本技术的一实施例中，所述光发射单元包括光源和准直透镜，所述光源设置于所述准直透镜的内部。
37.在本技术的一实施例中，所述光源为850nm中心波长、100mw红外以及pwm载波的红外led灯；所述准直透镜的焦距为25mm。其中采用光源的pwm载波，可以提高检测的精确度。
38.在本技术的一实施例中，所述检测单元包括滤光片、前置放大电路、四介滤波电路、解调放大电路以及放大电路，所述四介滤波电路第一端与所述前置放大电路，所述四介滤波电路第二端与所述解调放大电路第一端连接，所述解调放大电路第二端与所述放大电路连接，所述前置放大电路用于接收经过所述滤光片的所述散射光信号。
39.在本技术的一实施例中，所述检测单元采用850nm滤光片过滤所述光学单元发出的散射光信号，通过信号转换电路iv转换成电压信号后依次通过所述前置放大电路、所述四介滤波电路、所述解调放大电路以及所述放大电路进行预处理，预处理后通过检波器采样进行检测；通过四介有源滤波处理，同时检波器采样时保持高精度的波峰进行准确采样，从而提高测量的精度。
40.在本技术的一实施例中，所述主控单元的采用16位模数转换器进行信号采集。
41.在本技术的一实施例中，所述监测仪表面还设有刷头，通过所述主控单元控制刷头转动频率。
42.作为一种示例，在具体操作过程中，所述监测仪刷头可以选择但不局限于橡胶刷头，刷头的旋转运动可以将监测仪表面的泥沙或污物刮干净，这样避免泥沙或污物的沉积导致监测结果不准的情况，且可以减少人为维护工作。实际过程中还可以通过主控单元控制设定刷头的工作间隔时间，定时清洗检测光电探头，可以设定刷头的工作间隔时间，比如每15分钟工作一次，仪器每隔1秒种采样一次，保证其工作的有效性，实现自动化操作，保证其工作的有效性。
43.在本技术的一实施例中，所述主控单元还包括pwm控制电路，所述光源与pwm控制
电路电性连接。
44.在本技术的一实施例中，所述供电单元包括蓄电池模块和太阳能充电模块；所述蓄电池模块为泥沙含量在线自动监测仪供电，所述太阳能充电模块为所述蓄电池模块供电。
45.作为一种示例，在具体操作过程中，监测仪由3串电池供电，并且有太阳能电池板对电池充电，一旦仪器被部署不需要维护，除非仪器故障报错，使用更加方便。
46.尽管已描述了本实用新型实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。
47.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
48.以上对本实用新型所提供的一种泥沙含量在线自动监测仪，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。