公布日：2024.12.13
申請(qǐng)日：2024.09.06
分類(lèi)號(hào)：G01N21/47(2006.01)I;G01N21/49(2006.01)I;G01N21/01(2006.01)I
摘要
本申請(qǐng)涉及污泥含水率檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，提供一種污泥含水率檢測(cè)裝置。一種污泥含水率檢測(cè)裝置，包括基座、透光模塊、漫射光發(fā)射模塊、漫射光探測(cè)模塊和電控系統(tǒng)，透光漫射光發(fā)射模塊向透光模塊垂直發(fā)射漫射光，將所述漫射光射入待測(cè)污泥表面，漫射光探測(cè)模塊接收漫射光在待測(cè)污泥中漫反射進(jìn)入所述透光模塊中的漫反射光，并將漫反射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸至電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)基于光電信號(hào)與漫反射原理計(jì)算得到污泥含水率，實(shí)現(xiàn)在多種污泥場(chǎng)景下，對(duì)污泥中含水率的實(shí)時(shí)在線(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種污泥含水率檢測(cè)裝置，其特征在于，包括：基座(1)；透光模塊(2)，設(shè)置在所述基座(1)上方；漫射光發(fā)射模塊(3)，設(shè)置在所述基座(1)內(nèi)部的一端，垂直固定在所述透光模塊(2)下方，用于向所述透光模塊(2)垂直發(fā)射漫射光，將所述漫射光射入待測(cè)污泥表面；漫射光探測(cè)模塊(4)，設(shè)置在所述基座(1)內(nèi)部中遠(yuǎn)離所述漫射光發(fā)射模塊(3)的另一端，傾斜固定在所述透光模塊(2)下方，用于接收所述漫射光在所述待測(cè)污泥中漫反射進(jìn)入所述透光模塊(2)中的漫反射光；電控系統(tǒng)(5)，有線(xiàn)連接所述漫射光發(fā)射模塊(3)和所述漫射光探測(cè)模塊(4)，用于激發(fā)所述漫射光發(fā)射模塊(3)發(fā)射漫射光，接收所述漫射光探測(cè)模塊(4)接收的漫反射光并將所述漫反射光轉(zhuǎn)化后的光電信號(hào)，基于所述漫射光與所述光電信號(hào)生成檢測(cè)數(shù)據(jù)，得到檢測(cè)結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥含水率檢測(cè)裝置，其特征在于，所述基座(1)下方設(shè)有第一插頭母座(11)與第二插頭母座(12)，所述第一插頭母座(11)一端有線(xiàn)連接所述漫射光發(fā)射模塊(3)，另一端有線(xiàn)連接所述電控系統(tǒng)(5)；所述第二插頭母座(12)一端有線(xiàn)連接所述漫射光探測(cè)模塊(4)，另一端有線(xiàn)連接所述電控系統(tǒng)(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的污泥含水率檢測(cè)裝置，其特征在于，所述漫射光發(fā)射模塊(3)包括發(fā)光光源(31)、驅(qū)動(dòng)電路板(32)、積分球(33)、光源探測(cè)器(34)、發(fā)射透鏡(35)以及第一光闌(36)，所述發(fā)光光源(31)設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)電路板(32)上，所述發(fā)光光源(31)設(shè)置在所述積分球(33)一側(cè)，所述積分球(33)將發(fā)光光源的光進(jìn)行多次反射，形成均勻的漫射光出射，積分球(33)一側(cè)設(shè)有檢測(cè)光照的光源探測(cè)器(34)，所述光源探測(cè)器將所述積分球(33)發(fā)出的漫射光轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)，所述發(fā)射透鏡(35)設(shè)置在所述積分球(33)上方，用于將所述均勻漫射光成像到透光模塊(2)與污泥的接觸面，所述第一光闌(36)設(shè)置在所述發(fā)射透鏡(35)上方，用于將所述漫射光限制到所述透光模塊(2)的測(cè)量區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的污泥含水率檢測(cè)裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電路板(32)與所述第一插頭母座(11)有線(xiàn)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的污泥含水率檢測(cè)裝置，其特征在于，所述漫射光探測(cè)模塊(4)包括屏蔽外殼(41)、第二光闌(42)、接收透鏡(43)以及光電接收器(44)，所述第二光闌(42)設(shè)置在所述屏蔽外殼(41)上方，所述接收透鏡(43)和所述光電接收器(44)安裝在所述屏蔽外殼(41)內(nèi)部，且所述接收透鏡(43)設(shè)置在所述第二光闌(42)與所述光電接收器(44)之間，所述第二光闌(42)用于限制所述發(fā)射光的雜散光，所述接收透鏡(43)將所述污泥漫反射光成像至所述光電接收器(44)，所述光電接收器(44)生成與漫反射光成正比的光電信號(hào)并傳輸至所述電控系統(tǒng)(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的污泥含水率檢測(cè)裝置，其特征在于，所述光電接收器(44)與所述第二插頭母座(12)有線(xiàn)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的污泥含水率檢測(cè)裝置，其特征在于，所述電控系統(tǒng)(5)包括CPU(51)以及與所述CPU(51)連接的光源驅(qū)動(dòng)模塊(52)、信號(hào)處理模塊(53)、顯示模塊以及通訊模塊(54)，所述光源驅(qū)動(dòng)模塊(52)與所述第一插頭母座(11)有線(xiàn)連接，控制所述驅(qū)動(dòng)電路板(32)激發(fā)所述發(fā)光光源(31)發(fā)出漫射光，第一插頭母座(11)同時(shí)傳輸光源探測(cè)器(34)的光電信號(hào)；所述第二插頭母座傳輸所述光電接收器(44)將接收到的漫反射光轉(zhuǎn)換成的光電信號(hào)至信號(hào)處理模塊(53)；所述信號(hào)處理模塊(53)將所述光電信號(hào)處理為數(shù)字信號(hào)，并輸出至CPU(51)，所述CPU(51)對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行信號(hào)分析，生成所述污泥含水率檢測(cè)數(shù)據(jù)，所述顯示模塊用于顯示所述檢測(cè)數(shù)據(jù)；所述通訊模塊(54)用于外部通訊傳輸所述檢測(cè)數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的污泥含水率檢測(cè)裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理模塊(53)包括信號(hào)濾波放大模塊(531)以及A/D轉(zhuǎn)換模塊(532)，所述信號(hào)濾波放大模塊(531)將所述光電信號(hào)放大為目標(biāo)電信號(hào)，并將所述目標(biāo)電信號(hào)傳輸至A/D轉(zhuǎn)換模塊(532)；所述A/D轉(zhuǎn)換模塊(532)將所述目標(biāo)電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將所述數(shù)字信號(hào)傳輸至所述CPU(51)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的污泥含水率檢測(cè)裝置，其特征在于，所述信號(hào)輸出模塊包括4-20mA模塊(541)和RS485模塊(542)，用于與外部客戶(hù)端設(shè)備通訊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥含水率檢測(cè)裝置，其特征在于，所述透光模塊(2)與所述基座(1)之間設(shè)有氟膠密封圈(21)。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N污泥含水率檢測(cè)裝置，通過(guò)漫反射原理測(cè)量污泥的漫反射光，來(lái)實(shí)現(xiàn)污泥含水率的精準(zhǔn)測(cè)量，用于解決現(xiàn)有污泥含水率在線(xiàn)檢測(cè)儀測(cè)量誤差的技術(shù)問(wèn)題。
本申請(qǐng)?zhí)峁┝宋勰嗪蕶z測(cè)裝置，采用如下的技術(shù)方案：一種污泥含水率檢測(cè)裝置，包括：基座；透光模塊，設(shè)置在所述基座上方；漫射光發(fā)射模塊，設(shè)置在所述基座內(nèi)部的一端，垂直固定在所述透光模塊下方，用于向所述透光模塊垂直發(fā)射漫射光，將所述漫射光射入待測(cè)污泥表面；漫射光探測(cè)模塊，設(shè)置在所述基座內(nèi)部中遠(yuǎn)離所述漫射光發(fā)射模塊的另一端，傾斜固定在所述透光模塊下方，用于接收所述漫射光在所述待測(cè)污泥中漫反射進(jìn)入所述透光模塊中的漫反射光；電控系統(tǒng)，有線(xiàn)連接所述漫射光發(fā)射模塊和所述漫射光探測(cè)模塊，用于激發(fā)所述漫射光發(fā)射模塊發(fā)射漫射光，接收所述漫射光探測(cè)模塊接收的漫反射光并將所述漫反射光轉(zhuǎn)化后的光電信號(hào)，基于所述漫射光與所述光電信號(hào)生成檢測(cè)數(shù)據(jù)，得到檢測(cè)結(jié)果。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，采用漫射光垂直發(fā)射到污泥表面，有效避免了光線(xiàn)直接反射導(dǎo)致的測(cè)量誤差，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性；漫射光探測(cè)模塊傾斜設(shè)置，能更全面地捕捉污泥內(nèi)部因水分含量不同而產(chǎn)生的反射光，增強(qiáng)了檢測(cè)的靈敏度和可靠性；電控系統(tǒng)智能化控制整個(gè)過(guò)程，從激發(fā)光源到接收信號(hào)，基于漫射光原理對(duì)光信號(hào)進(jìn)行分析生成精準(zhǔn)的檢測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化對(duì)污泥含水率的在線(xiàn)檢測(cè)，提高了工作效率與檢測(cè)精度。
可選的，所述基座下方設(shè)有第一插頭母座與第二插頭母座，所述第一插頭母座一端有線(xiàn)連接所述漫射光發(fā)射模塊，另一端有線(xiàn)連接所述電控系統(tǒng)；所述第二插頭母座一端有線(xiàn)連接所述漫射光探測(cè)模塊，另一端有線(xiàn)連接所述電控系統(tǒng)。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，第一插頭母座作為漫射光發(fā)射模塊與電控系統(tǒng)的橋梁，可以通過(guò)電控系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線(xiàn)控制漫射光發(fā)射模塊發(fā)射漫射光，第二插頭母座作為漫射光探測(cè)模塊與電控系統(tǒng)的橋梁，可以通過(guò)電控系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線(xiàn)獲取漫射光探測(cè)模塊檢測(cè)到的反射光，確保信號(hào)傳輸?shù)母咝c準(zhǔn)確的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)污泥含水率的實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)。
可選的，所述漫射光發(fā)射模塊包括發(fā)光光源、驅(qū)動(dòng)電路板、積分球、光源探測(cè)器、發(fā)射透鏡以及第一光闌，所述發(fā)光光源設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)電路板上，所述發(fā)光光源設(shè)置在所述積分球的一側(cè)，所述積分球?qū)l(fā)光光源的光進(jìn)行多次反射，形成均勻光出射，積分球一側(cè)設(shè)有檢測(cè)光照的光源探測(cè)器，所述光源探測(cè)器將所述積分球發(fā)出的漫射光轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)，所述發(fā)射透鏡設(shè)置在所述積分球上方，用于將所述均勻漫射光成像到透光表面與污泥的接觸面，所述第一光闌設(shè)置在所述發(fā)射透鏡上方，用于將所述漫射光限制到所述透光模塊的測(cè)量區(qū)域。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，驅(qū)動(dòng)電路板可激發(fā)發(fā)光光源發(fā)射處漫射光，且積分球設(shè)置在發(fā)射光光源一側(cè)的入口處，漫射光可從積分球的入光口進(jìn)入積分球內(nèi)部，由積分球內(nèi)部的光源探測(cè)器捕捉漫射光，對(duì)漫射光的衰減進(jìn)行監(jiān)測(cè)修正，光源探測(cè)器在積分球內(nèi)部實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光照情況，反饋調(diào)節(jié)發(fā)光光源，確保光強(qiáng)穩(wěn)定；發(fā)射透鏡對(duì)漫射光進(jìn)行進(jìn)一步聚焦并優(yōu)化漫射光，使其更加集中地射向透光模塊，提高了光能利用率；第一光闌發(fā)射的漫射光的精確導(dǎo)向，減少了光線(xiàn)的散射和損失，限制均勻的漫射光發(fā)射到能夠精確測(cè)量的測(cè)量區(qū)域，確保光源的穩(wěn)定性和均勻性，增強(qiáng)了檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度和清晰度，提高了對(duì)污泥含水率的測(cè)量精度。
可選的，所述驅(qū)動(dòng)電路板與所述第一插頭母座有線(xiàn)連接。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，電控系統(tǒng)能夠精確控制驅(qū)動(dòng)電路板，進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)光光源的亮度、開(kāi)關(guān)等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光源輸出的精細(xì)調(diào)控，在不同污泥場(chǎng)景中調(diào)節(jié)不同的漫射光光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)，提高了對(duì)污泥含水率檢測(cè)的靈活性。
可選的，所述漫射光探測(cè)模塊包括屏蔽外殼、第二光闌、接收透鏡以及光電接收器，所述第二光闌設(shè)置在所述屏蔽外殼上方，所述接收透鏡和所述光電接收器安裝在所述屏蔽外殼內(nèi)部，且所述接收透鏡設(shè)置在所述第二光闌與所述光電接收器之間，所述第二光闌用于限制所述發(fā)射光的散雜光，所述接收透鏡將所述漫反射光成像至所述光電接收器，所述光電接收器生成與漫反射光信號(hào)成正比的光電信號(hào)并傳輸至所述電控系統(tǒng)。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，通過(guò)屏蔽外殼隔絕了外部環(huán)境中的雜散光、電磁干擾等不利因素，確保了探測(cè)過(guò)程中發(fā)射光的純凈度；第二光闌精準(zhǔn)地限制了入射光的角度和范圍，僅允許特定方向的發(fā)射光進(jìn)入探測(cè)模塊，從而有效減少了非目標(biāo)光源的干擾，提升了探測(cè)的精準(zhǔn)性；接收透鏡將反射光高效聚焦至光電接收器上，增強(qiáng)了光信號(hào)的強(qiáng)度，使得即便在較弱光環(huán)境下也能獲得清晰的信號(hào)；光電接收器可以將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并實(shí)時(shí)傳輸至電控系統(tǒng)進(jìn)行處理，確保了整個(gè)檢測(cè)裝置的快速響應(yīng)能力和數(shù)據(jù)處理效率。提高了檢測(cè)裝置的抗干擾能力與光電轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥含水率的高精度、高靈敏度檢測(cè)。
可選的，所述光電接收器與所述第二插頭母座有線(xiàn)連接。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，電控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)在線(xiàn)獲取到光電接收器傳輸?shù)墓庑盘?hào)，對(duì)污泥含水率的進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。
可選的，所述電控系統(tǒng)包括CPU以及與所述CPU連接的光源驅(qū)動(dòng)模塊、信號(hào)處理模塊、顯示模塊以及通訊模塊，所述光源驅(qū)動(dòng)模塊與所述第一插頭母座有線(xiàn)連接，控制所述驅(qū)動(dòng)電路板激發(fā)所述發(fā)光光源發(fā)出漫射光；所述第一插頭母座同時(shí)傳輸光源探測(cè)器的光電信號(hào)；所述第二插頭母座傳輸所述光電接收器的光電信號(hào)至信號(hào)處理模塊；所述信號(hào)處理模塊將所述光電信號(hào)處理為數(shù)字信號(hào)，并輸出至CPU，所述CPU對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行信號(hào)分析，生成所述檢測(cè)數(shù)據(jù)，所述顯示模塊用于顯示所述檢測(cè)數(shù)據(jù)；所述通訊模塊用于外部通訊傳輸所述檢測(cè)數(shù)據(jù)。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，通過(guò)CPU為核心協(xié)調(diào)各模塊工作，確保了光源的穩(wěn)定激發(fā)與光信號(hào)的精確處理，其中光源驅(qū)動(dòng)模塊與第一插頭母座的有線(xiàn)連接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)光光源的精準(zhǔn)控制，確保了漫射光的有效發(fā)出；光源恒流調(diào)制模塊與第二插頭母座的有線(xiàn)連接，則確保了光電接收器接收到的光信號(hào)能夠被穩(wěn)定調(diào)制并傳輸至信號(hào)處理模塊，提升信號(hào)質(zhì)量；信號(hào)處理模塊將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，CPU對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行深度分析，快速準(zhǔn)確地生成污泥含水率的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并通過(guò)顯示模塊直觀展示檢測(cè)結(jié)果，便于用戶(hù)即時(shí)了解污泥狀態(tài)，同時(shí)，通訊模塊支持外部通訊，能夠?qū)崟r(shí)傳輸檢測(cè)數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心或與其他系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。提高了污泥含水率檢測(cè)的精度與效率。
可選的，所述信號(hào)處理模塊包括信號(hào)濾波放大模塊以及A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述信號(hào)濾波放大模塊將所述光電信號(hào)放大為目標(biāo)電信號(hào)，并將所述目標(biāo)電信號(hào)傳輸至A/D轉(zhuǎn)換模塊；所述A/D轉(zhuǎn)換模塊將所述目標(biāo)電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將所述數(shù)字信號(hào)傳輸至所述CPU。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，通過(guò)信號(hào)濾波放大模塊去除光電信號(hào)中的噪聲和干擾，增強(qiáng)了光電信號(hào)的清晰度和可靠性，并將其放大至適合處理的水平，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊則將放大后的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，提高信號(hào)的質(zhì)量與可識(shí)別性，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性，確保了CPU能夠接收到準(zhǔn)確、清晰的信號(hào)，從而更精確地分析污泥含水率，提升整個(gè)檢測(cè)裝置的檢測(cè)準(zhǔn)確性和可靠性。
可選的，所述信號(hào)輸出模塊包括4-20mA模塊和RS485模塊，用于與外部客戶(hù)端設(shè)備通訊。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，信號(hào)輸出模塊中集成的4-20mA模塊和RS485模塊，為污泥含水率檢測(cè)設(shè)備與外部客戶(hù)端設(shè)備之間的通訊提供了靈活多樣的選擇，其中4-20mA模塊采用模擬信號(hào)傳輸方式，具有傳輸穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于對(duì)傳輸距離要求不高的場(chǎng)景，RS485模塊則支持?jǐn)?shù)字信號(hào)傳輸，具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高、支持多節(jié)點(diǎn)通信等優(yōu)勢(shì)，能夠滿(mǎn)足復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的通訊需求。外部客戶(hù)端設(shè)備可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的通訊方式，實(shí)現(xiàn)與污泥含水率檢測(cè)設(shè)備的遠(yuǎn)程通訊，在不同區(qū)域可以實(shí)時(shí)獲取到污泥含水率的檢測(cè)結(jié)果。
可選的，所述透光模塊與所述基座之間設(shè)有氟膠密封圈。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，氟膠密封圈設(shè)置在透光模塊與基座之間，有效提升了裝置的密封性能，防止了外部水分、污泥雜質(zhì)等進(jìn)入裝置內(nèi)部，保障各個(gè)元件的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)增強(qiáng)了設(shè)備的耐用性和維護(hù)便利性。
綜上所述，本申請(qǐng)包括以下至少一種有益技術(shù)效果：1.采用漫射光原理進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)漫射光發(fā)射模塊與漫射光探測(cè)模塊結(jié)合測(cè)量，確保了光源的穩(wěn)定性和光信號(hào)的純凈度，減少了外界干擾對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。
2.通過(guò)電控系中的多個(gè)功能模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)光光源的精準(zhǔn)控制和光信號(hào)的實(shí)時(shí)接收與處理，實(shí)現(xiàn)不同污泥測(cè)量場(chǎng)景的需求，快速調(diào)整檢測(cè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)，并將對(duì)應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果的顯示且可被外部客戶(hù)端實(shí)時(shí)在線(xiàn)查詢(xún)。
3.在透光模塊與基座之間設(shè)置氟膠密封圈，該裝置有效隔絕了外部環(huán)境中的腐蝕性物質(zhì)和雜質(zhì)，提高了設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性。這種密封設(shè)計(jì)不僅延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，還減少了因環(huán)境因素導(dǎo)致的故障率，降低了維護(hù)成本。
（發(fā)明人：呂偉;王釗;曠辰陽(yáng);黎永祺;鐘敏;陳廣;張韶華）
