光电传感器水质监测设计毕业设计.doc

绪论 1.1 工程概况 为了提高给水净化技术和生产管理水平，减少水的污浊度，在供水，污水处理，综合净化，造纸，废水处理，化工等行业应用广泛，所以实现水质的在线检测十分重要。浊度检测是水质检测的重要参数，在以往水厂的运行中，浊度的检测采用比色、比光等方法进行人工测定，得到的数据随机性和离散性比较大，现在采用在线连续测量，将数据立即转换为电信号，能保证检测的稳定性和准确性。 在国际标准（ISO7027- 1984）中，透射法和散射法定为浊度仪设计的两种标准测量方法。透射法是用一束光穿过一定厚度的水样体，通过测量水样中悬浮颗粒物对入射光的吸收和散射所引起的透射光强度的衰减量来确定水样的浊度。散射法则是通过测量穿过水样的入射光束被水样悬颗粒物散射所产生的散射光强来确定水样浊度。这两种检测方法在待测浊度与电信号之间的关系、 仪器的校准方法、光源的选择和稳定性等方面都各有特点 。透射法的原理和仪器的设计相对简单，能获得较大的浊度测量范围，但在测定低浊度时，由于微小的浊度变化所引起的透射光变化率很小，故对光电接收元件和放大器的分辨率和稳定性要求比较高。 水样的浊度与对应的信号之间的关系取决于所采用的电路参数、测量结构的几何参数以及待测水样的水质，这种对应关系难于用模拟运算电路加以线性化，因此在确定各种电路参数、几何参数以及与悬浮微粒的光学特性有关的各种参数后，需要进行浊度测量系统的定标。 本设计使用的光电传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器，利用的是光电效应。大致可分为三类：第一类是外光电效应，即在光照射下，能使电子逸出物体表面。利用这种效应所做成的器件有真空光电管、光电倍增管等。第二类是内光电效应，即在光线照射下，能使物质的电阻率改变。这类器件包括各类半导体光敏电阻。第三类是光生伏特效应，即在光线作用下，物体内产生电动势的现象，此电动势称为光生电动势。这类器件包括光电池、光电晶体管等。光电效应都是利用光电元件受光照后，电特性发生变化。敏感的光波长是在可见光附近，包括红外波长和紫外波长。 1.2 国内外研究现状 我国从80年代开始研制和生产工业水质浊度分析仪，光源和传感器技术的生产开始就落后，所以与国外浊度仪比较，技术性能差别很大，加之电子控制线路部分不先进，所以长时间水浊度分析仪器行业几乎是空白点。随着国民经济和科学技术的发展，国内关于浊度与浊度仪的研究开始逐渐丰富起来，一些大学的研究实验室已投入研究工作的有关浊度仪行列。但整体来说，无论是研究机构或产品型号，比较单一，但其中大部分是台式的，不是很适合在工厂使用，根据产品技术参数的说明，其测量范围也很有限。最大的问题是由浊度浊度传感器，特别是光源的稳定性，寿命都没有解决。因此，解决国产浊度传感器稳定测量，是迫切需要解决的问题。限制我国的工业浊度仪发展的另一个问题是：880nm波长的红外发光二极管。这种特殊的LED器件是研制高性能浊度传感发送器的关键，它可以代替以往复杂的大型光源和光学系统，不仅结构可以简单小巧，而且还大大降低了成本可能会非常高的技术水平，达到90年代后期国际水平。在过去，880nm的红外LED发光器件几乎都是特殊的外国制造厂商浊度仪秩序，市场不出售，因此，直接采购是非常困难，几乎不可能解决。因此，为了解决生产和环境问题的许多企业需要的高价格监测浊度，浊度计的进口，使该项目预算的增加，以不打破总成本，常常被用来减少文书，甚至取消这种做法完全保持平衡，这样的分析和监测工具大大降低，在自动化水平整体下降，不能说是生产过程和环境管理的一大遗憾。进入90年代，在消化吸收国外浊度仪先进技术的基础上，不断改进和创新，推出了一些浊度仪器品种，虽然没有进口仪器先进，但可以在一般情况下使用，填补了我国浊度仪的空白。但是从其技术参数来看，测量精度及范围还是有限的。 进入21世纪后，国外很多仪器仪表公司推出了技术先进、性能优良的水质浊度分析仪。在众多的水质浊度分析仪产品中，具有代表性的品种有美国HACH公司的T53、556系列；美国Rosemount公司的T1055系列；德国E+H公司的TlirbimaxCUE21/CUE22系列等。这些新型的工业水质浊度分析仪，都是采用单片机技术，许多仪器的单片机都是目前最新型的单片微型计算机芯片。某些公司产品将测定浊度和固体悬浮物可以用同一只探头、同一台仪器操作，只需按一下功能转换键就可以了，不需要重新进行参数设定和更换测量探头，大大扩大了仪器的应用范围，增强了仪器检测的多元化功能。几乎所有的产品都具有自动清洗设备，许多低浊度产品可选配自动清洗装置或自带清洗装置，使仪器可在工业废水，粘性产业领域等更恶劣的工业环境，还可以根据对测量的要求，对自动清洗程序自行设定，从而确保长期稳定运行浊度仪。 2 设计方案 2.1 设计