一种高低量程自动切换的化学需氧量检测系统的制作方法

1.本发明涉及水质监测设备技术领域，特别是一种通用性强、高低量程自动切换、量程范围大、通过改变光强调整量程的高低量程自动切换的化学需氧量检测系统。


背景技术：

2.一般水质污染物如cod在线检测仪器通过将水样与相应的反应试剂反应生成的有机物，在吸光度上会发生变化这一原理来检测水质污染物。由于这些检测仪器都是以一个恒定大小的恒流源来给测量信号和参比信号提供特定波长的光源，即光源的光强i
v1
是一个恒定的值，该波长的光通过液体被吸收的光强i
v2
则是受被检测物质的浓度所决定的，最终到达检测传感器的光强为i
v3
，光强i
v3
经过传感器最终转换为电压信号uv并通过这一电压信号检测出物质的浓度。由于i
v1
是个定值，随着检测物质的浓度增加i
v2
增大，i
v3
逐步减少到达极限，此时检测物质的浓度达到可测量的上限，若进一步提高检测物质的浓度，检测传感器最终接受到的光强i
v3
基本保持不变，因此无法通过检测到的电压信号来测出实际物质的浓度。
3.针对这一情况，一般的水质污染物在线检测仪器会采用稀释的方式将待检测样品中的物质浓度稀释达到检测范围内，从而实现间接测量。这种间接测量的方式首先由于管壁残留，定量偏差等系统误差的存在，进行稀释会进一步导致误差，其次增加了仪器的操作步骤使得耗时更长。另一方面，如果将这一恒流源固定为一个较大的电流大小，虽然可以解决测量高浓度的问题，但是测量低浓度的物质时由于吸光过少，导致接收传感器上接收的光强变化不大，在测量辨识度上存在偏差，不易准确测量低浓度的物质。
4.因此，现有技术中，cod检测范围因为受到测量原理的限制，检测范围小，一般情况下，高量程和低量程需要分别制造，对于未知浓度的检测，困难大，不易选择，通用性差。需要一种通用性强、高低量程自动切换、量程范围大、通过改变光强调整量程的高低量程自动切换的cod检测系统。鉴于此，我们提出一种通用性强、高低量程自动切换、量程范围大、通过改变光强调整量程的高低量程自动切换的化学需氧量检测系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种通用性强、高低量程自动切换、量程范围大、通过改变光强调整量程的高低量程自动切换的化学需氧量检测系统。
6.一种高低量程自动切换的化学需氧量检测系统，包括：
7.pwm控制器，所述pwm控制器分别连接控制器和恒流源电路，所述恒流源电路连接led灯，所述led灯位于比色皿侧面，所述比色皿的另一侧设置光接收器，所述光接收器连接电压转换电路，所述电压转换电路连接控制器，所述led灯和光接收器对应设置；
8.步骤1：控制器通过控制pwm控制器，使pwm控制器输出等效低压，等效低压经过恒流源电路整定为等效低压电流，激发led灯发出低强度光i
低
，低强度光i
低
经过装有液体的比色皿，吸光后的低强度光i
低
被光接收器接收，再经过电压转换电路后，将光信号转化为电压
信号送给控制器，在低强度光i
低
情况下，比色皿中分别装入两种浓度的液体进行两次校准，两种液体浓度分别为c1和c2，检测到的电压信号分别为u
v1
和u
v2
，其中c1＜c2；
9.步骤2：控制器通过控制pwm控制器，使pwm控制器输出等效高压，等效高压经过恒流源电路整定为等效高压电流，激发led灯发出高强度光i
高
，高强度光i
高
经过装有液体的比色皿，吸光后的高强度光i
高
被光接收器接收，再经过电压转换电路后，将光信号转化为电压信号送给控制器，在高强度光i
高
情况下，比色皿中分别用两种浓度的液体进行两次校准，两种液体浓度分别为c3和c4，检测到的电压信号分别为u
v3
和u
v4
，其中c1＜c3＜c2＜c4；
10.步骤3：对于低强度光i
低
或者高强度光i
高
其中之一情况下，两校准点之间，液体浓度和检测到的电压信号数值符合线性，整体曲线为向右下方倾斜的曲线：
11.c
x
＝kx b
12.其中：
[0013][0014][0015]
x＝lgadc
x
[0016]
其中，
[0017]cx
为待测水样的浓度，单位mol
·
l-1
；
[0018]
adc
x
为对待测水样进行检测时，控制器获取的电压信号数值；
[0019]
低强度光i
低
下，已知c1和c2的浓度，adc1＝u
v1
，adc2＝u
v2
，带入可得低强度光i
低
时的k，b值，进而确定低强度光i
低
下液体浓度和检测到的电压信号数值线性关系；
[0020]
高强度光i
高
下，已知c3和c4的浓度，adc3＝u
v3
，adc4＝u
v4
，带入可得高强度光i
高
时的k，b值，进而确定高强度光i
高
下液体浓度和检测到的电压信号数值线性关系；
[0021]
步骤4：未知待测水样浓度为c
x
，加入到比色皿中：
[0022]
若低强度光i
低
下，检测到电压信号数值u
v低
，u
v2
＜u
v低
＜u
v1
，带入低强度光i
低
时的k，b值，计算得到c
x
，此时c1＜c
x
＜c2；
[0023]
若高强度光i
高
下，检测到电压信号数值u
v高
，u
v4
＜u
v高
＜u
v3
，带入高强度光i
高
时的k，b值，计算得到c
x
，此时c3＜c
x
＜c4；
[0024]
若低强度光i
低
或者高强度光i
高
，检测到电压信号数值u
v低
和u
v高
，分别满足低强度光i
低
、高强度光i
高
时线性关系，任一计算即可，此时c3＜c
x
＜c2。
[0025]
所述c1＝0mol
·
l-1
。
[0026]
所述控制器通过设置pwm控制器的占空比和频率设定等效电流，进而设定低强度光i
低
和高强度光i
高
。
[0027]
所述步骤4中：先设定使用低强度光i
低
、高强度光i
高
中的一种，若可以得出c
x
，停止计算，若得不出c
x
，使用另一种强度光计算得出c
x
。
[0028]
所述步骤4中：若使用低强度光i
低
、高强度光i
高
都无法计算得出c
x
，说明c
x
超过c4，重新增大光强度，重新两次校准后，重新校准的液体最大浓度大于c4，重新测量。
[0029]
所述恒流源电路的数字晶体管q1的第1接口连接pwm控制器，所述数字晶体管q1的第2接口接地，所述数字晶体管q1的第3接口分别连接mos管q2的第1接口、电阻r1，所述mos
管q2的第2接口连接电压vcc2，所述mos管q2的第3接口连接电阻r4，所述电阻r1分别连接电阻r3、电阻r2、电压vcc1，所述电阻r4分别连接电阻r3、电阻r5，所述电阻r2和电阻r5之间连接，所述电阻r2和电阻r5之间连接电容c1，所述电阻r2连接信号放大器u1的第2接口，所述电阻r5分别连接信号放大器u1的第3接口、mos管q3的第1接口，所述mos管q3的第2接口分别连接电容c3、led灯的发射管led正极，所述发射管led负极接地，所述电容c3接地。
[0030]
所述数字晶体管q1包括第一电阻、第二电阻、三极管，所述数字晶体管q1的第1接口连接第一电阻，所述第一电阻分别连接第二电阻、三极管的基极，所述第二电阻分别连接数字晶体管q1的第2接口、三极管的发射极，所述三极管的集电极连接数字晶体管q1的第3接口。
[0031]
所述光接收器的接收管led负极接地，所述接收管led正极分别连接电压转换电路的电阻r6、电阻r7、电容c2，所述电阻r6连接放大器u2的第4接口，所述放大器u2的第3接口接地，所述放大器u2的第1接口分别连接电阻r7、电容c2、模数转换器u3，所述模数转换器u3连接控制器。
[0032]
所述比色皿、led灯、光接收器设置在消解池内，所述消解池内的比色皿连接多通阀，所述多通阀分别连接计量器、试剂瓶，所述计量器连接蠕动泵，所述蠕动泵和多通阀分别连接控制器。
[0033]
所述pwm控制器集成在控制器内。
[0034]
本发明pwm控制器分别连接控制器和恒流源电路，恒流源电路连接led灯，led灯位于比色皿侧面，比色皿的另一侧设置光接收器，光接收器连接电压转换电路，电压转换电路连接控制器，led灯和光接收器对应设置；控制器通过控制pwm控制器，使pwm控制器输出等效低压，等效低压经过恒流源电路整定为等效低压电流，激发led灯发出低强度光i
低
，低强度光i
低
经过装有液体的比色皿，吸光后的低强度光i
低
被光接收器接收，再经过电压转换电路后，将光信号转化为电压信号送给控制器，在低强度光i
低
情况下，比色皿中分别装入两种浓度的液体进行两次校准，两种液体浓度分别为c1和c2，检测到的电压信号分别为u
v1
和u
v2
，其中c1＜c2。本发明通用性强、高低量程自动切换、量程范围大、通过改变光强调整量程。
附图说明
[0035]
图1是本发明的结构示意图；
[0036]
图2是本发明浓度-电压信号关系图；
[0037]
图3是本发明恒流源电路的电路图；
[0038]
图4是本发明电压转换电路的电路图；
[0039]
图5是本发明的使用状态结构示意图；
[0040]
图中：1、蠕动泵，2、计量器，3、多通阀，4、试剂瓶，5、消解池。
具体实施方式
[0041]
以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。
[0042]
一种高低量程自动切换的化学需氧量检测系统，包括：
[0043]
pwm控制器，pwm控制器分别连接控制器和恒流源电路，恒流源电路连接led灯，led灯位于比色皿侧面，比色皿的另一侧设置光接收器，光接收器连接电压转换电路，电压转换
电路连接控制器，led灯和光接收器对应设置；
[0044]
步骤1：控制器通过控制pwm控制器，使pwm控制器输出等效低压，等效低压经过恒流源电路整定为等效低压电流，激发led灯发出低强度光i
低
，低强度光i
低
经过装有液体的比色皿，吸光后的低强度光i
低
被光接收器接收，再经过电压转换电路后，将光信号转化为电压信号送给控制器，在低强度光i
低
情况下，比色皿中分别装入两种浓度的液体进行两次校准，两种液体浓度分别为c1和c2，检测到的电压信号分别为u
v1
和u
v2
，其中c1＜c2；
[0045]
步骤2：控制器通过控制pwm控制器，使pwm控制器输出等效高压，等效高压经过恒流源电路整定为等效高压电流，激发led灯发出高强度光i
高
，高强度光i
高
经过装有液体的比色皿，吸光后的高强度光i
高
被光接收器接收，再经过电压转换电路后，将光信号转化为电压信号送给控制器，在高强度光i
高
情况下，比色皿中分别用两种浓度的液体进行两次校准，两种液体浓度分别为c3和c4，检测到的电压信号分别为u
v3
和u
v4
，其中c1＜c3＜c2＜c4；
[0046]
步骤3：对于低强度光i
低
或者高强度光i
高
其中之一情况下，两校准点之间，液体浓度和检测到的电压信号数值符合线性，整体曲线为向右下方倾斜的曲线：
[0047]cx
＝kx b
[0048]
其中：
[0049][0050][0051]
x＝lgadc
x
[0052]
其中，
[0053]cx
为待测水样的浓度，单位mol
·
l-1
；
[0054]
adc
x
为对待测水样进行检测时，控制器获取的电压信号数值；
[0055]
低强度光i
低
下，已知c1和c2的浓度，adc1＝u
v1
，adc2＝u
v2
，带入可得低强度光i
低
时的k，b值，进而确定低强度光i
低
下液体浓度和检测到的电压信号数值线性关系；
[0056]
高强度光i
高
下，已知c3和c4的浓度，adc3＝u
v3
，adc4＝u
v4
，带入可得高强度光i
高
时的k，b值，进而确定高强度光i
高
下液体浓度和检测到的电压信号数值线性关系；
[0057]
步骤4：未知待测水样浓度为c
x
，加入到比色皿中：
[0058]
若低强度光i
低
下，检测到电压信号数值u
v低
，u
v2
＜u
v低
＜u
v1
，带入低强度光i
低
时的k，b值，计算得到c
x
，此时c1＜c
x
＜c2；
[0059]
若高强度光i
高
下，检测到电压信号数值u
v高
，u
v4
＜u
v高
＜u
v3
，带入高强度光i
高
时的k，b值，计算得到c
x
，此时c3＜c
x
＜c4；
[0060]
若低强度光i
低
或者高强度光i
高
，检测到电压信号数值u
v低
和u
v高
，分别满足低强度光i
低
、高强度光i
高
时线性关系，任一计算即可，此时c3＜c
x
＜c2。
[0061]
c1＝0mol
·
l-1
。
[0062]
控制器通过设置pwm控制器的占空比和频率设定等效电流，进而设定低强度光i
低
和高强度光i
高
。
[0063]
步骤4中：先设定使用低强度光i
低
、高强度光i
高
中的一种，若可以得出c
x
，停止计算，若得不出c
x
，使用另一种强度光计算得出c
x
。
[0064]
步骤4中：若使用低强度光i
低
、高强度光i
高
都无法计算得出c
x
，说明c
x
超过c4，重新增大光强度，重新两次校准后，重新校准的液体最大浓度大于c4，重新测量。
[0065]
恒流源电路的数字晶体管q1的第1接口连接pwm控制器，所述数字晶体管q1的第2接口接地，所述数字晶体管q1的第3接口分别连接mos管q2的第1接口、电阻r1，所述mos管q2的第2接口连接电压vcc2，所述mos管q2的第3接口连接电阻r4，所述电阻r1分别连接电阻r3、电阻r2、电压vcc1，所述电阻r4分别连接电阻r3、电阻r5，所述电阻r2和电阻r5之间连接，所述电阻r2和电阻r5之间连接电容c1，所述电阻r2连接信号放大器u1的第2接口，所述电阻r5分别连接信号放大器u1的第3接口、mos管q3的第1接口，所述mos管q3的第2接口分别连接电容c3、led灯的发射管led正极，所述发射管led负极接地，所述电容c3接地。
[0066]
数字晶体管q1包括第一电阻、第二电阻、三极管，所述数字晶体管q1的第1接口连接第一电阻，所述第一电阻分别连接第二电阻、三极管的基极，所述第二电阻分别连接数字晶体管q1的第2接口、三极管的发射极，所述三极管的集电极连接数字晶体管q1的第3接口。
[0067]
光接收器的接收管led负极接地，所述接收管led正极分别连接电压转换电路的电阻r6、电阻r7、电容c2，所述电阻r6连接放大器u2的第4接口，所述放大器u2的第3接口接地，所述放大器u2的第1接口分别连接电阻r7、电容c2、模数转换器u3，所述模数转换器u3连接控制器。
[0068]
比色皿、led灯、光接收器设置在消解池5内，消解池5内的比色皿连接多通阀3，多通阀3分别连接计量器2、试剂瓶4，计量器2连接蠕动泵1，蠕动泵1和多通阀3分别连接控制器。
[0069]
pwm控制器集成在控制器内。
[0070]
蠕动泵1抽吸多个试剂瓶4中的一个，将试剂瓶4中的一个内的试剂经过多通阀3，抽入计量器2中进行计量。例如，蠕动泵1抽吸试剂瓶4中的一个，控制器控制对应的多通阀3上的开关阀打开，试剂瓶4中的一个内的试剂经过该开关阀进入多通阀3，然后进入计量器2，计量器2上的两个以上的红外限位器检测到试剂，通过不同红外限位器检测信号并计量，蠕动泵1停止，即可计量试剂量。之后，蠕动泵1反转，试剂被压出计量器2，同时，控制器控制多通阀3上开关阀，从而将试剂压入消解池5中。先将氧化剂试剂a加入消解池消解，消解池的加热装置对水样进行消解，消解完成后依次加入缓冲剂试剂b，显色剂试剂c进行显色反应。
[0071]
根据朗伯-比尔(lambert-beer)定律：
[0072]
a＝k
·c·
l
[0073]
式中：a为吸光度；描述溶液对光的吸收程度；
[0074]
l为液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；
[0075]
c为溶液的物质的量浓度，单位mol
·
l-1
；
[0076]
k为摩尔吸光系数，单位l
·
mol-1
·
cm-1
。
[0077]
定义
[0078]
i0为一束平行的单色光通过均匀无色散的液体介质的入射光强度；
[0079]it
为该单色光通过溶液后的透射光强度；
[0080]
t为透光率，透过光的强度i
t
与入射光强度i0的比值的百分率。
[0081]
当k，c不变的情况下，l和a成正比，改变l可改变a。
[0082]
现有技术中，光发射器和光接收器将光信号转换为adc转换器的数值，采用两种标准液1和标准液2对装置进行校准，一般取标准液1的浓度为0mol
·
l-1
。
[0083]
满足公式
[0084][0085]
其中，ca为已知浓度标准液2的浓度，单位mol
·
l-1
；
[0086]cx
为待测水样的浓度，单位mol
·
l-1
；
[0087]
c0为已知浓度标准液1的浓度，0mol
·
l-1
；
[0088]
通过上述内容不难看出，该可切换高低量程的水样cod检测方法及系统，通过pwm控制器切换输出两种等效的电流信号，最后发出低强度光i
低
和高强度光i
高
，可以为待测水样cod浓度检测提供便利，增大系统的量程范围，提高检测结果的精确度，使用方便。
[0089]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。