濁度傳感器原理：CG-34濁度傳感器的工作原理是什么？ 水質(zhì)分析 光學(xué)濁度傳感器
概述
濁度傳感器是一種智能監(jiān)測水中懸浮物對光線透過時(shí)所發(fā)生的阻礙程度的儀器。允許在水中的測量點(diǎn)進(jìn)行無人值守的操作。采用自清洗設(shè)計(jì)，可清除水中附著物以及氣泡聚集而影響測量結(jié)果。具有優(yōu)異的抗污染能力，即使惡劣的環(huán)境長期在線監(jiān)測，也不會產(chǎn)生靈敏度下降。
功能特點(diǎn)
◆采用光學(xué)技術(shù)，打破傳統(tǒng)產(chǎn)品體積大、穩(wěn)定性差的劣勢
◆采用進(jìn)口芯片，即使在低濁范圍內(nèi)也能保持高精度以及高可靠的水質(zhì)監(jiān)控
◆光纖式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)信息線性度好，信號傳輸距離長，抗外界干擾能力強(qiáng)
◆紅外LED光源，穩(wěn)定性高
◆自動溫度和環(huán)境光補(bǔ)償，測量準(zhǔn)確
◆IP68防護(hù)，可長時(shí)間水下工作
◆安裝方便、反應(yīng)靈敏、易于維護(hù)
工作、存儲條件
工作溫度：-40～85°C 工作濕度：0～100%RH
儲存溫度：-40～125°C 儲存濕度：＜80%（無凝結(jié)）
工作原理
當(dāng)一束光束射入水樣時(shí)，由于水樣中濁度物質(zhì)使光產(chǎn)生散射，通過測量與入射光垂直方向的散射光強(qiáng)度，并與內(nèi)部標(biāo)定值比對，從而計(jì)算出水樣中的濁度，經(jīng)過線性化處理輸出最終值。
技術(shù)參數(shù)
供 電：5～24V DC
測量范圍：0～2000NTU
測量精度：±30NTU
分辨率：1NTU
防護(hù)等級：IP68
壓力范圍：＜0.4MPa
信號輸出：
電壓型： 0～2V ， 0.4～2V
電流型： 4～20mA，0～20mA
RS485型：MODBUS-RTU
自動清潔：需選配
適用范圍
可廣泛應(yīng)用于電廠、化工化肥、冶金、環(huán)境保護(hù)、制藥、生化、食品、自來水、實(shí)驗(yàn)室及野外實(shí)地對水樣渾濁度的測試。
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濁度傳感器原理：應(yīng)用于水質(zhì)濁度監(jiān)控傳感器的工作原理
原標(biāo)題：應(yīng)用于水質(zhì)濁度監(jiān)控傳感器的工作原理
濁度傳感器是一種專門用于家電產(chǎn)品的低成本傳感器，主要用于洗衣機(jī)、洗碗機(jī)等產(chǎn)品的水污濁程度的測量。通過測量水的污濁程度來判斷所洗物品潔凈程度，從而確定最佳的洗滌時(shí)間。
濁度是由水中的懸浮顆粒引起的，懸浮顆粒會漫反射入射光，通常采用90度那個(gè)方向的散射光做為測試信號，這樣測試出來的單位稱為4:;。散射光與濁度符合多段線性關(guān)系，因此傳感器需要多點(diǎn)標(biāo)定。而且光源強(qiáng)度和溫度變化均會影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)研究和理論推算，發(fā)現(xiàn)散射光與透射光的比值與濁度符合線性關(guān)系。本傳感器采用散射光與透射光比值代替單純的散射光測量濁度，傳感器的準(zhǔn)確度、可靠性提高，維護(hù)更加簡單，抗污性增強(qiáng)。
著名傳感器線上商城工采網(wǎng)從美國Global Water公司進(jìn)口了一款高度精確的濁度傳感器- WQ730B，主要應(yīng)用于水質(zhì)測試和管理、河流監(jiān)測、流測量,水庫水質(zhì)測試,地下水測試、水和廢水處理,廢水和工業(yè)控制。
該傳感器的工作原理是:傳感器內(nèi)部是一個(gè)IR958與PT958封裝的紅外線對管，當(dāng)光線穿過一定量的水時(shí)，光線的透過量取決于該水的污濁程度，水越污濁，透過的光就越少。光接收端把透過的光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電流大小，透過的光多，電流大，反之透過的光少，電流小。通過測量接收端電流的大小，就可以計(jì)算出水的污濁程度。
濁度電流信號經(jīng)過電阻R1轉(zhuǎn)換為0 V~5 V電壓信號，利用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣處理，單片機(jī)就可以獲知當(dāng)前水的污濁度。濁度傳感器有3個(gè)引腳，按照電路連接就可以實(shí)現(xiàn)水濁度的測量。實(shí)際使用時(shí)需要通過實(shí)驗(yàn)獲得衣物污濁程度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
按鍵、顯示、負(fù)載驅(qū)動、輸人水位門開關(guān)信號等均為常規(guī)電路，與單片機(jī)的相應(yīng)端口連接即可。負(fù)載通常用可控硅驅(qū)動。通訊接口采用單片機(jī)具有的UART接口，可以連接其他外部設(shè)備，是備用接口。這里介紹帶有濁度傳感器的洗衣機(jī)，通過濁度傳感器檢測當(dāng)前衣物的臟污程度來確定衣物的洗滌時(shí)間和漂洗次數(shù)，以達(dá)到既洗凈衣物，又節(jié)省水電的目的。濁度傳感器連接單片機(jī)的A/D輸入接口，信號直接連接即可，也可在中間串聯(lián)一只1 kΩ的電阻，并聯(lián)一只0.1μF的電容進(jìn)行濾波。
濁度儀采用雙光束光路，有二個(gè)高度對稱的光學(xué)、電學(xué)通道，產(chǎn)生相同的感應(yīng)，測差不變，在除法電路中得以抵消，使儀器具有長期穩(wěn)定性和抗干擾能力;采用線性化電路，使測量結(jié)果成線性顯示;采用溫度補(bǔ)償，模擬除法功能等電路，消除噪音等專項(xiàng)技術(shù)，保證了儀器的高度靈敏和優(yōu)良的重現(xiàn)性。
如今,全自動洗衣機(jī)與已走進(jìn)千家萬戶，其功能也越來越多，花樣不斷翻新。判斷洗衣機(jī)性能的參數(shù)已經(jīng)不再是最基本的洗凈比、能耗以及耗水量等指標(biāo)。通常是用戶根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置洗衣機(jī)的洗滌時(shí)間和漂洗次數(shù)，要讓洗衣機(jī)自動處理，通常會優(yōu)先滿足洗凈比的要求，而對能耗和耗水量的考慮則較少,造成水電的浪費(fèi)。
采用濁度傳感器測量衣物的污濁程度，是一個(gè)比較可行的方法，通過判斷污濁程度，確定最佳的洗滌時(shí)間和漂洗次數(shù)，可以用較少的能耗和耗水量獲得滿足要求的洗凈比。返回搜狐，查看更多
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濁度傳感器原理：濁度傳感器的工作原理是什么？
濁度即水的混濁程度,由水中含有微量不溶性懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)所致。懸浮物對光線透過時(shí)所發(fā)生的阻礙程度可以用濁度表示。水中含有泥土、粉塵、微細(xì)有機(jī)物、浮游動物和其他微生物等懸浮物和膠體物都可使水中呈現(xiàn)濁度。
禹山濁度傳感器代用90°散射光原理。由光源發(fā)出的平行光束通過溶液時(shí),一部分被吸收和散射,另一部分透過溶液。與入射光成90°方向的散射光強(qiáng)度符合雷萊公式:其中:在入射光恒定條件下,在一定濁度范圍內(nèi),散射光強(qiáng)度與溶液的混濁度成正比。上式可表示為:根據(jù)這一公式,可以通過測量水樣中微粒的散射光強(qiáng)度來測量水樣的濁度。
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濁度傳感器原理：設(shè)計(jì)檢測河水濁度的傳感器（2015.3）
隨著城市的發(fā)展，水資源問題越來越成為我們關(guān)注的焦點(diǎn)，洞庭湖藍(lán)藻事件，造紙廠偷排污水，建筑工地偷排泥漿……這些新聞無一不牽動著人們的心。因?yàn)閷W(xué)校身處三垟濕地旁，我們曾多次發(fā)現(xiàn)河水被偷排了建筑泥漿，渾濁不堪。據(jù)說不良企業(yè)甚至?xí)褂么辉谝估锿低蹬欧拍酀{，環(huán)保部門的確難以管理。
通過互聯(lián)網(wǎng)搜索，我發(fā)現(xiàn)如今的河水濁度監(jiān)測設(shè)備動輒過萬，而且水質(zhì)監(jiān)測一般以實(shí)驗(yàn)室檢測為主，但這種人工采集的形式不能實(shí)時(shí)了解水質(zhì)信息，難以防范不法分子的行為。能否利用網(wǎng)絡(luò)，在濕地區(qū)域里選擇多個(gè)無人監(jiān)測點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測河水的渾濁度？
一、濁度傳感器的設(shè)計(jì)
要監(jiān)測河水濁度，首先需要河水濁度的傳感器。在淘寶上能找到的濁度傳感器，要么是數(shù)千元，甚至上萬元的傳感器探頭，要么是數(shù)十元的洗衣機(jī)、洗碗機(jī)專用的污水傳感器，如下圖。
洗衣機(jī)專用的濁度傳感器
通過文獻(xiàn)查找，水質(zhì)濁度檢查一般都使用超聲，測量超聲信號在不同水樣中的衰減；也有利用比濁法原理，通過測量水樣中微粒的散射光強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)的。毫無疑問，洗衣機(jī)專用的濁度傳感器就是利用后面的原理。但是因?yàn)檫@種傳感器光源和敏感電阻的間距過小，僅1-2CM，對水質(zhì)濁度的變化不敏感，只能在洗衣機(jī)、洗碗機(jī)中檢測污水，用在河水的日常檢測就不合適了。
其實(shí)，自己動手做一個(gè)濁度傳感器并不復(fù)雜。動手能力好的，可以用一個(gè)LED、光敏電阻和幾個(gè)電阻，接好線就行。簡要的電路如圖所示，核心是采用高亮LED作為光源，用光敏電阻監(jiān)測光強(qiáng)度。電路中R1和R2形成一個(gè)分壓電路，在input端可以測出R2兩端的電壓，而這一電壓是由R2受到的光照強(qiáng)度決定的。
濁度傳感器的電路
慢著，這個(gè)電路怎么這么眼熟，不就是在傳統(tǒng)的環(huán)境光傳感器上加了個(gè)LED嗎？對啊，其實(shí)，給普通的光敏電阻加上恒定的光源就是一個(gè)濁度傳感器了。如果光敏電阻的阻值發(fā)生變化，肯定是水里有微粒阻擋了光線的通過。我們自己做的傳感器，好處就在于可以自定義光源和光敏電阻之間的距離，以達(dá)到最佳的檢測效果。
明白了這個(gè)道理，我們甚至不用自己畫電路、接線來制作傳感器了。找個(gè)普通的環(huán)境光傳感器，外加一個(gè)LED直射就可以了。當(dāng)然，你也可以找個(gè)常見的灰度傳感器來修改，把上面的LED焊下來，把接線延長就可以了?；叶葌鞲衅饕揽抗饩€反射而獲得物體表面的信息，濁度傳感器則靠光線通過來得到水樣的透光率，原理是一致的。
常見的灰度傳感器
為了容易安放，我們設(shè)計(jì)了兩個(gè)相互垂直的同心圓環(huán)探頭來固定傳感器，同心環(huán)內(nèi)部空心，方便鋪設(shè)光敏模塊的電路。然后實(shí)用熱熔膠和其他防水材料封閉縫隙，防止線路進(jìn)水。我們最終設(shè)計(jì)的傳感器，LED燈與光敏電阻相隔8cm。同樣，為了數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，一個(gè)傳感器中有兩組光源和光敏電阻，通過兩個(gè)方向的光敏電阻測量，取平均值，可得到較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
濁度傳感器示意圖
注：T2，T3為兩個(gè)LED放置位置，R2，R3分別為相對應(yīng)的光敏接收探頭（光敏電阻），T1，R1清洗裝置的安裝位置。
LED燈與光敏電阻相隔為什么是8cm？傳感器在水里什么位置比較敏感？我們也通過多次的實(shí)驗(yàn)測試，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析得出這一結(jié)論。我們的試驗(yàn)記錄表設(shè)計(jì)如下，最終確定傳感器的最佳固定位置為水下60CM左右。
二、檢測代碼的編寫
核心控制板方面，我們當(dāng)然選擇Arduino。濁度傳感器通過模擬口接入到Arduino控制板。因?yàn)檫@個(gè)濁度傳感器設(shè)置兩個(gè)發(fā)射和接收模塊，需要占用兩個(gè)模擬口，然后由控制板對這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行取平均值處理，測試代碼如下：
int _ABVAR_1_z1=0 ;
int _ABVAR_2_z2=0 ;
int _ABVAR_3_z=0 ;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
_ABVAR_1_z1=analogRead(1) ;
_ABVAR_2_z2=analogRead(2) ;
_ABVAR_3_z=( ( _ABVAR_1_z1 + _ABVAR_2_z2 ) / 2 ) ;
Serial.print(_ABVAR_3_z);
Serial.println();
}
代碼很簡單，用ArduBlcok也能編寫，參考代碼如下：
ArduBlock代碼
要監(jiān)測河水濁度，傳感器設(shè)計(jì)僅僅是第一步，還需要將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到服務(wù)器，進(jìn)行監(jiān)測和分析。雖然Yeelink、樂聯(lián)網(wǎng)和DFrobot廠商等都提供了物聯(lián)網(wǎng)平臺，可以將傳感器數(shù)據(jù)直接上傳到這些網(wǎng)絡(luò)平臺，即可快速實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。但是利用這些平臺，數(shù)據(jù)畢竟在他人的平臺，如果要深入研究，還是要自己寫個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)比較合適。于是我們用VB編寫了一個(gè)采集數(shù)據(jù)的客戶端，將數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)庫中。此外，為了方便查詢，還寫了WEB查詢界面。
數(shù)據(jù)采集的客戶端
WEB查詢界面
三、傳感器的效果測試
我們制作了濁度傳感器，并且在學(xué)校周邊的水域做了水質(zhì)監(jiān)控的實(shí)驗(yàn)。按照之前的研究結(jié)果，我們將濁度傳感器安裝在水下60CM處，監(jiān)測設(shè)備的Arduino主板及太陽能電池板等安裝在水面以上，通過水中木樁或其他方式固定在水面上。由于我們選擇的數(shù)傳模塊傳輸距離可達(dá)數(shù)百米，所以數(shù)據(jù)采集的電腦就安置在附近建筑物內(nèi)，數(shù)據(jù)采集非常穩(wěn)定。
我們的水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)
四、知識拓展
設(shè)計(jì)一款傳感器，其實(shí)并不是一件很困難的事情。利用現(xiàn)有的傳感器，修改、更換其某些關(guān)鍵部件或者結(jié)構(gòu)，或許就能實(shí)現(xiàn)其他的用途。僅僅光敏電阻能感知光照的這一原理，還可以用在很多方面，除了灰度、濁度檢測外，還能用在灰塵（顆粒物）檢測、轉(zhuǎn)速測量等方面。“物聯(lián)天下，傳感先行”。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，傳感器是核心應(yīng)用，將滲透于未來生活的各個(gè)層面。讓學(xué)生研究傳感器的設(shè)計(jì)，當(dāng)然是很有必要的。
本文為中國信息技術(shù)教育的“生活技術(shù)探究”專欄第三篇文章，由我和我的學(xué)生涂郁瀟穎合作。
