水下全角度散射光強測量設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種濁度測量設(shè)備，具體為水下全角度散射光強測量儀，能快速、精確地測量光束穿過水體后在平面內(nèi)各角度的散射光強。
【背景技術(shù)】
[0002]濁度是表征被測樣品對入射的光的散射和吸收特性的量。對于濁度的定量測量設(shè)備與方法已廣泛應(yīng)用于飲用水處理、工業(yè)生產(chǎn)等各行各業(yè)。目前商用濁度計普遍參照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO: 7027標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，即用860nm光源照射樣品并探測與入射光成90度方向上的散射光，用該散射光強信號來衡量濁度。
[0003]然而，由于90度散射光強與濁度的線型關(guān)系只在濁度較低時成立，因此對于超過200NTU的高濁度樣品需要稀釋后測量，會在一定程度上改變原來樣品的性質(zhì)；對于超過2000NTU的樣品由于90度方向散射光強太弱也無法精確測量。對于這種情況的已有解決辦法是測量90度以外角度的光強，通過算法對不同角度光強信號的處理來建立與濁度的關(guān)系。美國專利US005604590A公開的實用新型，采用四個光傳感器，分別布置在與入射光成30度附近、90度附近、138度附近以及透射光方向上，通過對兩個或兩個以上角度光強信號的分析處理來解決高濁度樣品的測量問題。但是這種方法仍有以下不足:增加了傳感器數(shù)目，需要占用更多空間；該設(shè)備只能測量盛放于比色瓶中的樣品，不利于原位實時測量大范圍水體的濁度；一次最多只能測到四個固定角度的光強信號，而對于變化范圍較大的樣品其散射光強分布也有較大變化，因此固定的四個角度不足以表現(xiàn)其全部特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，克服已有設(shè)備的缺點，本實用新型提出一套水下全角度散射光強測量設(shè)備。
[0005]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:一種水下全角度散射光強測量設(shè)備，包括密封蓋、腔體、反光鏡環(huán)、光源、超聲波換能器、準(zhǔn)直透鏡組、凸透鏡、支座、壓環(huán)、電路板、電池和水密接插件；其中，所述密封蓋與腔體密封連接；所述密封蓋的中心具有圓柱形凹槽，所述凹槽側(cè)壁透明，密封蓋的頂部與凹槽底部均涂有吸光材料涂層；所述凹槽的外側(cè)面套有反光鏡環(huán)，反光鏡環(huán)的上表面與密封蓋固定連接，反光鏡環(huán)內(nèi)壁為與軸線方向成45度角的錐面；所述凹槽的底面外側(cè)固定連接超聲波換能器；所述水密接插件通過螺紋固定連接在腔體底部，并與電路板相連接。
[0006]所述反光鏡環(huán)的側(cè)壁開有一槽，光源和準(zhǔn)直透鏡組置于該槽內(nèi)；準(zhǔn)直透鏡組置于光源前方，并與光源共軸；所述腔體的內(nèi)側(cè)壁為三層階梯型結(jié)構(gòu)，從上到下依次設(shè)有支座、電路板和電池；所述支座的外側(cè)壁與腔體螺紋連接，所述支座為二層階梯結(jié)構(gòu)，凸透鏡架設(shè)在支座的梯臺上，在凸透鏡上設(shè)有壓環(huán)，所述壓環(huán)與支座的內(nèi)側(cè)壁螺紋連接；所述腔體的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有一貫穿腔體頂部和第二梯臺的通道。
[0007]所述電路板固定在腔體的第二梯臺上，包括光強探測陣列、電源控制模塊和存儲模塊；所述光強探測陣列位于電路板的中心，凸透鏡匯聚的光圈落入光強探測陣列上；所述光強探測陣列、電源控制模塊、存儲模塊和超聲波換能器均由電池供電；所述光源與電源控制模塊相連。
[0008]進(jìn)一步地，所述密封蓋與腔體密封連接，具體為:在腔體的上表面開有一環(huán)狀凹槽，在環(huán)狀凹槽內(nèi)置有橡膠密封圈，在密封蓋的外邊緣處等距開有四個通孔，在腔體的相應(yīng)位置開有通孔，螺栓穿過密封蓋的通孔和腔體的通孔將密封蓋與腔體密封連接。
[0009]本實用新型的有益效果:
[0010]1.將光源、傳感器集成在較小腔體內(nèi)，密封后可以浸入水中實現(xiàn)原位測量。
[0011]2.通過反光鏡環(huán)將經(jīng)待測樣品散射到各方向上的光反射到同一個方向上，只需一個光強傳感器即可收集到與入射光成各個角度的光強信號，得到的信息更全面，有利于濁度的精準(zhǔn)測定。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型主體結(jié)構(gòu)的爆炸圖；
[0013]圖2是本實用新型的剖面圖；
[0014]圖3是本實用新型所述的反光鏡環(huán)2的三視圖；
[0015]圖中，密封蓋1、反光鏡環(huán)2、壓環(huán)3、凸透鏡4、支座5、腔體6、水密接插件7、電池8、電路板9、超聲波換能器10、光源11、準(zhǔn)直透鏡組12。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0017]如圖1-3所示，本實用新型水下全角度散射光強測量設(shè)備，包括密封蓋1、腔體6、反光鏡環(huán)2、光源11、超聲波換能器10、準(zhǔn)直透鏡組12、凸透鏡4、支座5、壓環(huán)3、電路板9和電池8 ;其中，所述密封蓋I與腔體6密封連接；所述密封蓋I的中心設(shè)有圓柱形凹槽，所述凹槽側(cè)壁透明，密封蓋I的頂部與凹槽底部均涂有吸光材料涂層使其不透明；所述凹槽的外側(cè)面套有反光鏡環(huán)2，反光鏡環(huán)2的上表面與密封蓋I固定連接，反光鏡環(huán)2內(nèi)壁為與軸線方向成45度角的錐面，所述反光鏡環(huán)2內(nèi)側(cè)面平整光滑，使得所有沿徑向入射的光線經(jīng)鏡面反射后完全沿軸向射出，反射光與入射光成90度角；所述凹槽的底面外側(cè)固定連接超聲波換能器10 ；
[0018]所述反光鏡環(huán)2的側(cè)壁開有一槽，光源11和準(zhǔn)直透鏡組12置于該槽內(nèi)；準(zhǔn)直透鏡組12置于光源11前方，并與光源11共軸，使得從準(zhǔn)直透鏡組12射出的平行光線垂直射入含有樣品的密封蓋I的凹槽側(cè)壁；
[0019]所述腔體6的內(nèi)側(cè)壁為三層階梯型結(jié)構(gòu)，從上到下依次設(shè)有支座5、電路板9和電池8 ;所述支座5的外側(cè)壁與腔體6螺紋連接，所述支座5為二層階梯結(jié)構(gòu)，凸透鏡4架設(shè)在支座5的梯臺上，在凸透鏡4上設(shè)有壓環(huán)3，所述壓環(huán)3與支座5的內(nèi)側(cè)壁螺紋連接，用于固定凸透鏡4 ;所述腔體6的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有一貫穿腔體6頂部和第二梯臺的通道，用于布置導(dǎo)線；
[0020]所述電路板9固定在腔體6的第二梯臺上，包括光強探測陣列、電源控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、存儲模塊；所述光強探測陣列位于電路板9的中心，其與凸透鏡4的距離為使得凸透鏡4匯聚的光圈完全落入光強探測陣列上；所述光強探測陣列、電源控制模塊、存儲模塊和超聲波換能器10均通過電池8供電，所述光源11與電源控制模塊相連；
[0021]所述光強探測陣列選用電荷耦合元件(CCD)或光電二極管陣列檢測器(PDA)，能分辨經(jīng)過所述的反光鏡環(huán)2反射的與所述光源11發(fā)出的入射光方向在同一平面上成任意角度的散射光強，并傳輸信號到所述的存儲模塊中；
[0022]所述超聲波換能器10將電能轉(zhuǎn)換為小幅度高頻振動，帶動密封蓋I震動，用來清除密封蓋I凹槽內(nèi)壁附著的雜物，如淤泥。
[0023]所述電源控制模塊對電池8進(jìn)行穩(wěn)流后，對光源11供電；所述存儲模塊用于存儲光強探測陣列采集到的數(shù)據(jù)。
[0024]將上述散射光強測量儀裝配好后浸入待測水體中，周圍水樣流入密封蓋I中間的凹槽中，由腔體6內(nèi)的供電模塊供能并控制光源11輸出穩(wěn)定光線，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡組12準(zhǔn)直后射入密封蓋I凹槽包裹的樣品中，并向四周散射出光，射到反光鏡環(huán)2內(nèi)壁的鏡面上后完全沿反光鏡環(huán)2軸向出射，由凸透鏡4匯聚在光強探測陣列7上，光強信號被記錄完成一次測量。
【主權(quán)項】
1.一種水下全角度散射光強測量設(shè)備，其特征在于，包括密封蓋(1)、腔體(6)、反光鏡環(huán)(2)、光源(11)、超聲波換能器(10)、準(zhǔn)直透鏡組(12)、凸透鏡(4)、支座(5)、壓環(huán)(3)、電路板(9)、電池(8)和水密接插件(7);其中，所述密封蓋(I)與腔體(6)密封連接；所述密封蓋(I)的中心具有圓柱形凹槽，所述凹槽側(cè)壁透明，密封蓋(I)的頂部與凹槽底部均涂有吸光材料涂層；所述凹槽的外側(cè)面套有反光鏡環(huán)(2)，反光鏡環(huán)(2)的上表面與密封蓋(I)固定連接，反光鏡環(huán)(2)內(nèi)壁為與軸線方向成45度角的錐面；所述凹槽的底面外側(cè)固定連接超聲波換能器(10);所述水密接插件(7)通過螺紋固定連接在腔體(6)底部，并與電路板(9)相連接； 所述反光鏡環(huán)(2)的側(cè)壁開有一槽，光源(11)和準(zhǔn)直透鏡組(12)置于該槽內(nèi)；準(zhǔn)直透鏡組(12)置于光源(11)前方，并與光源(11)共軸；所述腔體(6)的內(nèi)側(cè)壁為三層階梯型結(jié)構(gòu)，從上到下依次設(shè)有支座(5 )、電路板(9 )和電池(8 );所述支座(5 )的外側(cè)壁與腔體(6 )螺紋連接，所述支座(5 )為二層階梯結(jié)構(gòu)，凸透鏡(4)架設(shè)在支座(5 )的梯臺上，在凸透鏡(4)上設(shè)有壓環(huán)(3)，所述壓環(huán)(3)與支座(5)的內(nèi)側(cè)壁螺紋連接；所述腔體(6)的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有一貫穿腔體(6)頂部和第二梯臺的通道； 所述電路板(9)固定在腔體(6)的第二梯臺上，包括光強探測陣列、電源控制模塊和存儲模塊；所述光強探測陣列位于電路板(9)的中心，凸透鏡(4)匯聚的光圈落入光強探測陣列上；所述光強探測陣列、電源控制模塊、存儲模塊和超聲波換能器(10)均由電池(8)供電；所述光源(11)與電源控制模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下全角度散射光強測量設(shè)備，其特征在于，所述密封蓋(I)與腔體(6)密封連接，具體為:在腔體(6)的上表面開有一環(huán)狀凹槽，在環(huán)狀凹槽內(nèi)置有橡膠密封圈，在密封蓋(I)的外邊緣處等距開有四個通孔，在腔體(6)的相應(yīng)位置開有通孔，螺栓穿過密封蓋(I)的通孔和腔體(6)的通孔將密封蓋(I)與腔體(6)密封連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種水下全角度散射光強測量設(shè)備，包括密封蓋、腔體、反光鏡環(huán)、光源、超聲波換能器、準(zhǔn)直透鏡組、凸透鏡、支座、壓環(huán)、電路板、電池和水密接插件；所述的密封蓋與腔體緊密結(jié)合并將其他部分包裹在內(nèi)隔絕外部水環(huán)境，該密封蓋中心有樣品可流入的凹槽，所述的光源發(fā)出光線射入樣品，在與凹槽側(cè)面垂直的平面上，向各個方向的散射光通過反光鏡環(huán)反射后經(jīng)凸透鏡聚焦在光強探測陣列上，從而得到各角度的散射光強值，得到的信息更全面，有利于濁度的精準(zhǔn)測定。
【IPC分類】G01N21-49
【公開號】CN204462014
【申請?zhí)枴緾N201520018591
【發(fā)明人】宋宏, 劉洪波, 詹舒越, 黃慧, 冷建興, 陳鷹
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年1月10日