专利名称：浊度传感器信号处理电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传感器信号处理技术领域，具体地说，是一种用于水质在线检测 的浊度传感器信号处理电路。
背景技术：
在供水生产中，为了满足饮用水安全指标，必须对水质进行实时在线检测，水质在 线检测的参数常常包括余氯浓度值、浊度浓度值、水位高度、水温温度以及PH值等等。目前，对于饮用水或自来水的浊度检测主要采用光电式浊度传感器，安装有一个 红外发射管和一个红外接收管，红外发射管发出的红外光线穿透水介质后由红外接收管接 收，通过判断红外接收管接收到的红外光强度来判断水介质的浊度值。然而，现有技术的缺点是由于红外光接收管感应到光信号强度比较微弱，采用单 一的红外接收管对水质进行浊度检测，只适合浊度较高的水质检测环境，对于自来水或饮 用水来说，浊度相对较低，采用单一红外接收管检测的精度不高，而且现有的传感器信号处 理电路设计复杂，调试也不方便，特别是对于双接收管的浊度传感器信号处理电路还很少 公开。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种光电式浊度传感器信号处理电路，主要针对饮用水 或自来水生产加工过程中浊度较低的水质进行检测，通过采集两个红外接收管接收到的光 强度信号进行处理，使得浊度检测的精度更高，电路简单，调试也很方便。为达到上述目的，本实用新型表述一种浊度传感器信号处理电路，包括直射接收 管、散射接收管以及运算放大电路，其关键在于还包括差分比例运算电路，所述差分比例 运算电路设置有第一运算放大器，该第一运算放大器的正向输入端串第一电阻后与所述直 射接收管信号线连接，该第一运算放大器的反向输入端串第二电阻后与所述散射接收管信 号线连接，所述第一运算放大器的正向输入端还串接第三电阻后接地，该第一运算放大器 的反向输入端与输出端之间串接有第四电阻，所述第一运算放大器的输出端连接所述运算 放大电路的输入端，运算放大电路对传感器信号进行放大最后传送到控制器中。所述第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻的阻值相等。通过在运算放大电路的前面设置一个差分比例运算电路对直射接收管与散射接 收管上的光强度信号作减法运算处理，当所述第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻 的阻值相等时，所述第一运算放大器的输出端输出的电压值等于直射接收管信号电压值减 去散射接收管信号电压值，由于接收管接收到的红外光感应信号的电压值都比较弱，但是 对于直射接收管与散射接收管来说，接收管安装的位置不一样，光感应信号的强度也不一 样，虽然二者的感应信号都比较弱，但是却处于同一数量级上，将二者的感应信号作减法处 理，其差值相对而言就比较明显，减法处理后的差值信号再经过运算放大电路进行放大处 理，最后得到比较理想的传感器信号。采用这种方式对微弱的光感应信号进行处理，对于是水质浊度较低的应用环境，检测的精度比较高。所述运算放大电路设置有第二运算放大器，该第二运算放大器的正向输入端上串 接第五电阻后与所述第一运算放大器的输出端连接，该第二运算放大器的反向输入端串第 六电阻后接地，在第二运算放大器的反向输入端与输出端之间还串接有第七电阻。所述运算放大电路的输出端连接有二级运算放大电路，所述二级运算放大电路包 括第三运算放大器，该第三运算放大器的正向输入端串第八电阻后与所述运算放大电路的 输出端连接，该第三运算放大器的反向输入端经第九电阻接地，该第三运算放大器的反向 输入端还与滑动变阻器(Wl)的一个固定端连接，该滑动变阻器(Wl)的另一固定端与滑动 端均连接在所述第三运算放大器的输出端上，第三运算放大器的输出端输出较为理想的传 感器信号。电路中设置有两级放大电路对所述差分比例运算电路输出的信号进行放大，第一 级运算放大电路为第二运算放大器以及第五电阻、第六电阻和第七电阻组成的同相比例运 算电路，放大的倍数由第五电阻、第六电阻以及第七电阻的阻值来决定。所述二级运算放 大电路也是由第三运算放大器以及第八电阻、第九电阻和可变电阻组成的同相比例运算电 路，电路的链接方式与所述的第一级运算放大电路连接的方式相同，只是在运算放大器的 反向输入端与输出端之间采用可变电阻，使得电路的放大倍数可调。所述二级运算放大电路的输出端还设置有电压跟随电路，所述电压跟随电路设置 有第四运算放大器，该第四运算放大器的正向输入端连接所述第三运算放大器的输出端， 该第四运算放大器的反向输入端与输出端连接，在第四运算放大器的输出端上连接有控制
O采用第四运算放大器构成一个电压跟随电路将前级放大电路的输出端与后级控 制器的输入端连接，起到了缓冲和隔离的作用，增强了电路的品质因数。所述第四电阻的两端并联有第二电容，所述第七电阻的两端并联有第三电容，所 述滑动变阻器的两个固定端之间还并联有第五电容，通过在各个运算放大器的反馈电阻上 并联高通滤波电容，增强了电路的稳定性。本实用新型的显著效果是提供了一种浊度传感器信号处理电路，先通过设置的 差分比例运算电路对两个红外接收管接收到的光强度信号进行减法运算处理，然后再通过 运算放大电路传送到控制器中，电路简单，浊度检测的精度很高，放大电路采用两级放大， 且二级运算放大电路的增益可调，对于不同的应用场所，安装调试也非常方便，特别是饮用 水或自来水生产加工过程中浊度较低的水质检测非常适用。

图1是本实用新型电路原理框图；图2是本实用新型电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图1、2所示一种浊度传感器信号处理电路，包括直射接收管、散射接收管、差 分比例运算电路1以及运算放大电路2，所述差分比例运算电路1设置有第一运算放大器
4U1A，该第一运算放大器UlA的正向输入端串第一电阻Rl后与所述直射接收管信号线IRRl 连接，该第一运算放大器UlA的反向输入端串第二电阻R2后与所述散射接收管信号线IRR2 连接，所述第一运算放大器UlA的正向输入端还串接第三电阻R3后接地，该第一运算放大 器UlA的反向输入端与输出端之间串接有第四电阻R4，所述第一运算放大器UlA的输出端 连接所述运算放大电路2的输入端，所述第一运算放大器UlA采用芯片型号为TLC2262AID 的集成运放，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4的阻值均设置为 IOK Ω。所述运算放大电路2设置有第二运算放大器U1B，该第二运算放大器UlB的正向 输入端上串接第五电阻R5后与所述第一运算放大器UlA的输出端连接，该第二运算放大器 UlB的反向输入端串第六电阻R6后接地，在第二运算放大器UlB的反向输入端与输出端之 间还串接有第七电阻R7。所述运算放大电路2的输出端还设置有二级运算放大电路3，该二级运算放大电 路3包括第三运算放大器U2A，该第三运算放大器U2A的正向输入端串第八电阻R8后与所 述运算放大电路2的输出端连接，该第三运算放大器U2A的反向输入端经第九电阻R9接 地，该第三运算放大器U2A的反向输入端还与滑动变阻器Wl的一个固定端连接，该滑动变 阻器Wl的另一固定端与滑动端均连接在所述第三运算放大器U2A的输出端上。运算放大电路2中的第五电阻R5、第六电阻R6以及第七电阻R7以及第二运算放 大器UlB构成一个同相比例运算放大电路，将第五电阻R5、第六电阻R6以及第七电阻R7的 阻值均设置为10ΚΩ，所构成的同相比例运算放大电路放大的倍数约为2倍。二级运算放大电路3中的第八电阻R8、第九电阻R9、可变电阻Wl以及第三运算放 大器U2A也构成一个同相比例运算放大电路，所述第三运算放大器U2A也采用TLC2262AID 集成运放，第八电阻R8与第九电阻R9的阻值为10ΚΩ，可变电阻Wl的阻值变化范围为 0-200ΚΩ,由此可得，所述二级运算放大电路3的放大倍数在1-21倍的范围内可调。所述二级运算放大电路3的输出端还连接有电压跟随电路4，所述电压跟随电路4 为第四运算放大器U2B，该第四运算放大器U2B的正向输入端连接所述第三运算放大器U2A 的输出端，该第四运算放大器U2B的反向输入端与输出端连接，在第四运算放大器U2B的输 出端上连接有控制器5，通过第四运算放大器U2B起到了缓冲和隔离的作用，增强了电路的 品质因数。所述第四电阻R4的两端并联有第二电容C2，所述第七电阻R7的两端并联有第三 电容C3，所述滑动变阻器Wl的两个固定端之间还并联有第五电容C5。所述第二电容C2与 第三电容C3的容值为0. OluF，第五电容C5的容值为0. 047uF，通过在各个运算放大器的反 馈电阻上并联高通滤波电容，增强了电路的稳定性。本实用新型的工作原理通过在运算放大电路2的前面设置一个差分比例运算电路1对直射接收管与散射 接收管上的光强度信号作减法运算处理，当所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以 及第四电阻R4的阻值相等时，所述第一运算放大器UlA的输出端输出的电压值等于直射接 收管信号电压值减去散射接收管信号电压值，由于接收管接收到的红外光感应信号的电压 值都比较弱，但是对于直射接收管与散射接收管来说，接收管安装的位置不一样，光感应信 号的强度也不一样，虽然二者的感应信号都比较弱，但是却处于同一数量级上，将二者的感应信号作减法处理，其差值相对而言就比较明显，减法处理后的差值信号再经过运算放大 电路进行放大处理，最后得到比较理想的传感器信号。采用这种方式对微弱的光感应信号 进行处理，对于是水质浊度较低的应用环境，检测的精度就比较高。电路中设置有两级放大电路对所述差分比例运算电路1输出的信号进行放大，采 用同相比例运算电路的连接方式，电路结构简单，放大倍数的设计和控制也比较方便，二级 运算放大电路3通过调节可变电阻Wl的阻值实现放大倍数的变化，对于不同的应用环境， 降低了安装调试的难度。尽管以上结构结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但本实用新型不 限于上述具体实施方式
，上述具体实施方式
仅仅是示意性的而不是限定性的，本领域的普 通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以 作出多种类似的表示，如更改电阻的阻值，更换放大电路的放大倍数以及放大电路的级数 等等，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种浊度传感器信号处理电路，包括直射接收管、散射接收管以及运算放大电路(2)，其特征在于还包括差分比例运算电路(1)，所述差分比例运算电路(1)设置有第一运算放大器(U1A)，该第一运算放大器(U1A)的正向输入端串第一电阻(R1)后与所述直射接收管信号线(IRR1)连接，该第一运算放大器(U1A)的反向输入端串第二电阻(R2)后与所述散射接收管信号线(IRR2)连接，所述第一运算放大器(U1A)的正向输入端还串接第三电阻(R3)后接地，该第一运算放大器(U1A)的反向输入端与输出端之间串接有第四电阻(R4)，所述第一运算放大器(U1A)的输出端连接所述运算放大电路(2)的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种浊度传感器信号处理电路，其特征在于所述第一电阻 (Rl)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)以及第四电阻(R4)的阻值相等。
3.根据权利要求1所述的一种浊度传感器信号处理电路，其特征在于所述第四电阻 (R4)的两端并联有第二电容(C2)。
4.根据权利要求1所述的一种浊度传感器信号处理电路，其特征在于所述运算放大 电路(2)设置有第二运算放大器(UlB)，该第二运算放大器(UlB)的正向输入端上串接第五 电阻(R5)后与所述第一运算放大器(UlA)的输出端连接，该第二运算放大器(UlB)的反向 输入端串第六电阻(R6)后接地，在第二运算放大器(UlB)的反向输入端与输出端之间还串 接有第七电阻(R7)。
5.根据权利要求4所述的一种浊度传感器信号处理电路，其特征在于所述第七电阻 (R7)的两端并联有第三电容(C3)。
6.根据权利要求1或4所述的一种浊度传感器信号处理电路，其特征在于还设置有 二级运算放大电路(3)，所述二级运算放大电路(3)包括第三运算放大器(U2A)，该第三运 算放大器(U2A)的正向输入端串第八电阻(R8)后与所述运算放大电路(2)的输出端连接， 该第三运算放大器(U2A)的反向输入端经第九电阻(R9)接地，该第三运算放大器(U2A)的 反向输入端还与滑动变阻器(Wl)的一个固定端连接，该滑动变阻器(Wl)的另一固定端与 滑动端均连接在所述第三运算放大器(U2A)的输出端上。
7.根据权利要求6所述的一种浊度传感器信号处理电路，其特征在于所述滑动变阻 器(Wl)的两个固定端之间还并联有第五电容(C5)。
8.根据权利要求6所述的一种浊度传感器信号处理电路，其特征在于还设置有电压 跟随电路(4)，所述电压跟随电路(4)为第四运算放大器(U2B)，该第四运算放大器(U2B) 的正向输入端连接所述第三运算放大器(U2A)的输出端，该第四运算放大器(U2B)的反向 输入端与输出端连接，在第四运算放大器(U2B)的输出端上连接有控制器(5)。
专利摘要本实用新型公开了一种浊度传感器信号处理电路，包括直射接收管、散射接收管以及运算放大电路，其特征在于还包括差分比例运算电路，差分比例运算电路设置有第一运算放大器，该第一运算放大器的正向输入端串第一电阻后与直射接收管信号线连接，反向输入端串第二电阻后与散射接收管信号线连接，正向输入端还串接第三电阻后接地，反向输入端与输出端之间串接有第四电阻，第一运算放大器的输出端连接运算放大电路的输入端。其显著效果是通过设置的差分比例运算电路对两个红外接收管接收到的光强度信号进行减法运算处理后再放大到控制器中，浊度检测的精度非常高，特别对于饮用水或自来水生产加工过程中浊度较低的水质检测非常适用。
文档编号G01N21/49GK201689047SQ20102018980
公开日2010年12月29日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者余勇, 余武, 刘一兵, 张能, 汪明, 王设计, 石祥聪 申请人:重庆工业自动化仪表研究所