智能光電濁度儀的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 .PAGE32 / NUMPAGES37 .編號(hào)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)智能光電濁度儀的設(shè)計(jì)The design of the intelligent optical turbidity meter學(xué) 生 姓 名專(zhuān) 業(yè)學(xué) 號(hào)指 導(dǎo) 教 師學(xué) 院二一三年六月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)承諾書(shū)1.本人承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）智能光電濁度儀的設(shè)計(jì)，是認(rèn)真學(xué)習(xí)理解學(xué)校的理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作條例后，在教師的指導(dǎo)下，保質(zhì)保量獨(dú)立地完成了任務(wù)書(shū)中規(guī)定的容，不弄虛作假，不抄襲別人的工作容。2.本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中引用他人的觀點(diǎn)和研究成果，均在文中加以注釋或以參考文獻(xiàn)形式列出，對(duì)本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)

2、的個(gè)人和集體均已在文中注明。3.在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中對(duì)侵犯任何方面知識(shí)產(chǎn)權(quán)的行為，由本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。4.本人完全了解學(xué)校關(guān)于保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交論文和相關(guān)材料的印刷本和電子版本；同意學(xué)校保留畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的復(fù)印件和電子版本，允許被查閱和借閱；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），可以公布其中的全部或部分容。以上承諾的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)！ 作 者 簽 名： 年 月 日摘 要濁度計(jì)作為測(cè)量水質(zhì)濁度的計(jì)量?jī)x器，廣泛用于我國(guó)各個(gè)行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年所需工業(yè)濁度儀總數(shù)量約 1000 臺(tái)左右。然而，目前我國(guó)市場(chǎng)上的濁度計(jì)很大程度

3、依賴(lài)于進(jìn)口，這些濁度計(jì)雖然測(cè)量精度和穩(wěn)定性都很好。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。本文在分析和仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，實(shí)踐制作智能化的濁度儀。該智能化濁度儀的軟件在 Mirosoft Visual C+ 6.0 開(kāi)發(fā)環(huán)境用 C+語(yǔ)言編寫(xiě)，它充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力，圖形界面顯示、儲(chǔ)存、打印功能。在硬件方面主要有單片機(jī)、A/D 轉(zhuǎn)換、探頭、多路開(kāi)關(guān)組成。單片機(jī)為硬件的核心，它負(fù)責(zé)與計(jì)算機(jī)通訊，控制 A/D 轉(zhuǎn)換，控制電路的切換，產(chǎn)生調(diào)制光源信號(hào)等。關(guān)鍵字：濁度 濁度測(cè)量 調(diào)制 ABSTRACTTurbidity meter for measuring the water quality turbidit

4、y measurement instruments， widely used in various industries in China. According to incomplete statistics， Chinas industrial turbidity meter total quantity required for each year about 1000 units. Turbidimeter， however， at present our country market is largely dependent on imports， although these tu

5、rbidimeter measure precision and stability is very good. But the structure is complex， expensive.In this paper， on the basis of the analysis and simulation experiment， practice make intelligent turbidity meter. Mirosoft the intelligent turbidity instrument software in Visual c + + 6.0 development en

6、vironment using c + + language， it makes full use of the computer a powerful computing ability， the graphical interface display， store， print function. Mainly in terms of hardware with MCU， A/D conversion， sensor， multi-channel switch. Single chip microcomputer as the core of the hardware， it is res

7、ponsible for communication with the computer， to control A/D conversion， control circuit switch， produce light source modulation signals， etc.Key words:turbidity; measurement of turbidity; modulation; 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc21179 摘 要 PAGEREF _Toc21179 I HYPERLINK l _Toc14223 ABSTRACT PAG

8、EREF _Toc14223 II HYPERLINK l _Toc14092 目錄 PAGEREF _Toc14092 III HYPERLINK l _Toc8470 第1章 緒論 PAGEREF _Toc8470 1 HYPERLINK l _Toc4641 1.1 濁度的簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc4641 1 HYPERLINK l _Toc14198 1.1.1 濁度的概念 PAGEREF _Toc14198 1 HYPERLINK l _Toc3143 1.1.2 濁度測(cè)量方法 PAGEREF _Toc3143 1 HYPERLINK l _Toc29910 1.1.3 濁度儀

9、的種類(lèi) PAGEREF _Toc29910 3 HYPERLINK l _Toc9677 1.2 國(guó)外濁度儀器的現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc9677 3 HYPERLINK l _Toc13295 1.2.1 國(guó)外濁度儀器的現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc13295 3 HYPERLINK l _Toc17321 1.2.2 國(guó)濁度儀器的現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc17321 3 HYPERLINK l _Toc20110 1.3 本文研究的目的和研究容 PAGEREF _Toc20110 4 HYPERLINK l _Toc1625 1.3.1 研究的目的 PAGEREF _Toc1625

10、 4 HYPERLINK l _Toc376 1.3.2 研究的容 PAGEREF _Toc376 5 HYPERLINK l _Toc25798 第2章 調(diào)制光源光強(qiáng)技術(shù)的理論分析 PAGEREF _Toc25798 6 HYPERLINK l _Toc18506 2.1 引言 PAGEREF _Toc18506 6 HYPERLINK l _Toc4906 2.2 采用調(diào)制光強(qiáng)測(cè)量濁度的原理 PAGEREF _Toc4906 6 HYPERLINK l _Toc14642 2.3 非線(xiàn)性的校正方法 PAGEREF _Toc14642 7 HYPERLINK l _Toc15953 第3章

11、儀器的整體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc15953 9 HYPERLINK l _Toc26564 第4章 硬件電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc26564 10 HYPERLINK l _Toc9638 4.1 電源電路 PAGEREF _Toc9638 10 HYPERLINK l _Toc20287 4.3 單片機(jī)與其控制電路 PAGEREF _Toc20287 12 HYPERLINK l _Toc13037 第5章 軟件的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc13037 15 HYPERLINK l _Toc2022 5.1 單片機(jī)的編程 PAGEREF _Toc2022 15 HYPER

12、LINK l _Toc25760 5.2 計(jì)算機(jī)程序的編寫(xiě) PAGEREF _Toc25760 23 HYPERLINK l _Toc26734 第6章 儀器的使用介紹 PAGEREF _Toc26734 24 HYPERLINK l _Toc18496 6.1 線(xiàn)性校正和標(biāo)定儀器 PAGEREF _Toc18496 24 HYPERLINK l _Toc31627 6.2 測(cè)量濁度和使用界面 PAGEREF _Toc31627 26 HYPERLINK l _Toc27671 第7章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與展望 PAGEREF _Toc27671 28 HYPERLINK l _Toc13082 7.1

13、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 PAGEREF _Toc13082 28 HYPERLINK l _Toc11337 7.2 后續(xù)研究工作的展望 PAGEREF _Toc11337 29 HYPERLINK l _Toc19846 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc19846 30 HYPERLINK l _Toc7457 致 PAGEREF _Toc7457 31第1章 緒論1.1 濁度的簡(jiǎn)介1.1.1 濁度的概念在人們生活和生產(chǎn)中，常用濁度(turbidity)來(lái)表征液體的清潔度，水的濁度是泥沙、粘土、微細(xì)的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物、可溶的有色有機(jī)化合物以與浮游生物和其它微生物等懸浮物質(zhì)所組成。這些懸浮物質(zhì)能吸附細(xì)菌和

14、病毒，所以渾濁度低有利于水的消毒，對(duì)確保水質(zhì)指標(biāo)有極重要的影響。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織定義為：由于不溶解物質(zhì)的存在所引起的液體透明度降低，可見(jiàn)，濁度不等于固體懸浮物質(zhì)(SuspendedSolids)含量，固體懸浮物質(zhì)含量是水中可以用濾紙截留的物質(zhì)重量；而渾濁度則是一種光學(xué)效應(yīng)，它表現(xiàn)出光線(xiàn)透過(guò)水層時(shí)受到阻礙的程度。這種光學(xué)效應(yīng)與顆粒的大小與形狀有關(guān)，實(shí)踐證明渾濁度與懸浮物固體物質(zhì)的重量濃度沒(méi)有任何的相關(guān)關(guān)系。水的渾濁度越高，反射光和散射光就越強(qiáng)，而透射光就越弱；反之，水的渾濁度越低，反射光和散射光就越弱，而透射光就越強(qiáng)。因此測(cè)定散射光與透射光強(qiáng)度間的變化，就可以測(cè)得水的濁度。1.1.2 濁度測(cè)量方法

15、濁度的測(cè)定目前有化學(xué)分析法和儀器分析法兩種，化學(xué)分析法采用透明度試管法和透明度試驗(yàn)圓盤(pán)法，適用于實(shí)驗(yàn)室或野外作人工分析測(cè)定；儀器分析法利用 880nm 近紅外光源，采用光學(xué)透射或散射原理，將濁度轉(zhuǎn)換為光電信號(hào)，測(cè)出濁度數(shù)值大小。工業(yè)過(guò)程濁度儀可對(duì)各種工藝過(guò)程中水質(zhì)濁度進(jìn)行長(zhǎng)期、連續(xù)分析測(cè)量；而實(shí)驗(yàn)室濁度儀為小型臺(tái)式或便攜式，適用于實(shí)驗(yàn)室中或野外對(duì)水質(zhì)濁度進(jìn)行間隔分析測(cè)量。儀器分析法基本方法如下幾種：(1) 透光式測(cè)定法 光透過(guò)濁液被減弱的程度與濁度有一定函數(shù)關(guān)系，測(cè)量透過(guò)待測(cè)濁液的光的強(qiáng)度，來(lái)得到濁度值。透射光強(qiáng)度隨濁度的變化遵從朗伯特比爾定律，即透射光隨濁度增加按指數(shù)形式衰減IR=Ioexp

16、(-KTL)式中，Io為入射光的強(qiáng)度，L 為液體透光層厚度，K 為比例常數(shù)，IR為透射光的強(qiáng)度，T 為水的濁度。圖 1.1 透射法測(cè)量原理 (2) 散射測(cè)濁度法 由于液體中懸浮微粒引起光的散射，散射光的強(qiáng)度與濁度有關(guān)。通過(guò)測(cè)量散射光強(qiáng)，可得到濁度信息。在濁度不大的情況下(2000FTU)，90方向所接受到的散射光強(qiáng)度可用下式來(lái)表示：IR=IO(KNV2/)式中，I0為入射光的強(qiáng)度，K 為系數(shù)，N 為單位容積的微粒數(shù)，V 為微粒的體積， 為入射光波長(zhǎng)。假設(shè) 和 V 為常數(shù)，則 KNV24與單位容積微粒的總數(shù)或總體積成正比，也就是與濁度成正比，則有：IR=KTIO式中 T 為水的濁度，K為系數(shù)。按

17、其測(cè)量方向的不同，又分為前散射式、垂直散射式和向后散射式三種方法。 (3) 透射光和散射光比較測(cè)定法 即透射光和散射光比較測(cè)定法。它是以上兩種方法的綜合，采用透射光和散射光強(qiáng)比較的方法測(cè)量濁液的濁度，這種方法可以消除部分干擾，提高靈敏度。(4) 表面散射法 表面散射法測(cè)量發(fā)生在水層的近表面層的散射光強(qiáng)度，來(lái)得到濁度值。表面散射濁度測(cè)量是一種非接觸測(cè)量法，即散射光接收光學(xué)系統(tǒng)與接收器與水樣是非接觸的，避免了光學(xué)接收窗口等的污泥、結(jié)垢現(xiàn)象。且其測(cè)量圍寬、線(xiàn)性度好，因而常用于濁度較高的水源水測(cè)量中。(5) 偏振法 對(duì)于粗大的顆粒，散射光為部分偏振光，而且偏振的程度與顆粒的大小和形狀有關(guān)。通過(guò)對(duì)偏振度

18、的檢測(cè)，可測(cè)量濁度。圖 1.2 表面散射法測(cè)量原理1.1.3 濁度儀的種類(lèi)測(cè)量濁度的儀器叫濁度儀。按照所測(cè)量濁度的圍，可分為低濁度儀、中濁度儀、高濁度儀?；跍y(cè)量濁度的方法，可分為透射式、散射式、透射光和散射光比值式、表面散射式、偏振光式濁度儀。當(dāng)然，測(cè)量濁度的圍和測(cè)量濁度的方法是有關(guān)系的。比如，透射式濁度儀一般也是中、高濁度儀。而透射式濁度儀也是低濁度儀。按濁度儀結(jié)構(gòu)不同，可分為窗口測(cè)定槽式、落流式、振動(dòng)片式和積分球式。按濁度儀安裝結(jié)構(gòu)不同，有可分為流通式、沉入式、插入式、伸縮可拆卸帶球閥插入式濁度儀。總之，選用濁度儀必須考慮測(cè)量的圍、工作環(huán)境等因素。1.2 國(guó)外濁度儀器的現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)

19、外濁度儀器的現(xiàn)狀從 20 世紀(jì) 90 年代開(kāi)始，國(guó)外許多儀器儀表公司都推出了許多技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)良的濁度儀。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，市場(chǎng)上的濁度儀更是種類(lèi)繁多、品種多樣。它主要分為供現(xiàn)場(chǎng)便攜使用和實(shí)驗(yàn)室使用的便攜式或臺(tái)式濁度儀、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中使用的在線(xiàn)檢測(cè)式濁度儀兩大類(lèi)。根據(jù)所用光源的不同，國(guó)外濁度儀可按 ISO 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó) USEPA180.1 標(biāo)準(zhǔn)分為兩大類(lèi)。目前，具有代表性的品牌有：美國(guó) HACH 公司系列濁度儀，英國(guó)ABB Kent 公司系列濁度儀，德國(guó) E+H 系列，美國(guó) Rosemount 系列，日本橫河公司系列，等等。這些新型濁度儀都采用了單片微計(jì)算機(jī)技術(shù)，其中，許多儀器的單片機(jī)采用

20、的是目前最新型的單片微機(jī)芯片。有些公司的產(chǎn)品，還將測(cè)定濁度和固體懸浮物等多種功能合成在一起，可用同一探頭、同一臺(tái)儀器操作，只需按一下功能轉(zhuǎn)換鍵即可，無(wú)需重新進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和更換測(cè)量探頭，大大擴(kuò)展了儀器的應(yīng)用圍，增強(qiáng)了儀器檢測(cè)的多元化功能。此外，幾乎所有的高濁度產(chǎn)品都帶有自動(dòng)清洗裝置，許多低濁度產(chǎn)品可以選配自動(dòng)清洗裝置或是自帶清洗裝置，這樣，儀器就可以在較為惡劣的工業(yè)環(huán)境中使用，如工業(yè)廢水處理、粘性較大的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等。同時(shí)，可根據(jù)測(cè)量要求，對(duì)自動(dòng)清洗程序自行重設(shè)定，從而可保證濁度儀長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行。1.2.2 國(guó)濁度儀器的現(xiàn)狀我國(guó)的工業(yè)過(guò)程濁度儀，從無(wú)到有，近幾年來(lái)得到較大發(fā)展。7080年代，工業(yè)濁度

21、在線(xiàn)測(cè)量?jī)x表，在我國(guó)幾乎還是一個(gè)空白點(diǎn).即使后來(lái)有了濁度儀，也是指針顯示.體積較大，只能進(jìn)行流通式測(cè)量，可靠性和穩(wěn)定性都很差。經(jīng)過(guò)近 10 年的技術(shù)攻關(guān)和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，國(guó)產(chǎn)的濁度儀已有很大變化，不但初具規(guī)模，有多家廠商生產(chǎn)，而且有些技術(shù)指標(biāo)還達(dá)到了較高水平。雷磁儀器廠的 WZT-170 型高濁度儀，測(cè)量圍 01000FTU；WZT701型低濁度儀，測(cè)量圍為 025FTU，廣泛用于自來(lái)水廠、污水處理廠、廢水處理監(jiān)測(cè)等行業(yè)。這兩種濁度儀的外形尺寸一樣，十分小巧，僅 200 x120 x75mm。.傳感發(fā)送器為流通式，直接安裝在管路中進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，整套儀器安裝在一個(gè)支撐座架上，只要將樣水用管

22、道直接接入傳感發(fā)送器即可測(cè)量。為防止對(duì)傳感發(fā)送器污染，若需清洗，可選用超聲波清洗器進(jìn)行定時(shí)清洗。WZT 系列高、低濁度儀均有六種不同的測(cè)量量程可供選擇，根據(jù)用戶(hù)需要，在出廠時(shí)加以確定。若不提要求，則按最大測(cè)量量程即高濁度 01000FTU、低濁度 025FTU供貨。國(guó)營(yíng) 267 廠的 WGZ-l 型濁度儀是軍工廠軍轉(zhuǎn)民較成功的一個(gè)產(chǎn)品，儀器具有六種測(cè)量圍可供選擇，從 0-2 至 01000FTU。儀器流程中裝有消泡器，使測(cè)量數(shù)值穩(wěn)定性好；為了防止對(duì)傳感器測(cè)量室的污染，可以選配自動(dòng)清洗裝置，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)儀器測(cè)量圍調(diào)整清洗定時(shí)旋鈕.確定自動(dòng)清洗間隔時(shí)間，一般測(cè)量濁度值在 10FTU 以，清洗間隔

23、35h；測(cè)量濁度值在 100FTU 以，清洗間隔時(shí)間 1-2h；測(cè)量濁度值在 100FTU 以上時(shí)，清洗間隔 1h 以。但由于 WGZ1 傳感器與控制器組合在一個(gè)箱體，安裝只能從箱體水管連引入，安裝方法較單一，許多場(chǎng)合如江河湖塘、他槽、敞口箱等工況環(huán)境都較難使用，因此應(yīng)用工況受到較大局限性。1.3 本文研究的目的和研究容1.3.1 研究的目的現(xiàn)代科技的進(jìn)步以計(jì)算機(jī)的進(jìn)步為代表，不斷創(chuàng)新的計(jì)算機(jī)技術(shù)，正以不可逆轉(zhuǎn)之勢(shì)從各個(gè)層面上影響著各行各業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，今天的測(cè)控儀器行業(yè)同樣經(jīng)歷著一場(chǎng)翻天覆地的變革。計(jì)算機(jī)滲透到儀器科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域并得到充分應(yīng)用的結(jié)果，在該領(lǐng)域出現(xiàn)了完全突破傳統(tǒng)概念的新一代儀器智

24、能儀器，從而開(kāi)創(chuàng)了儀器儀表的一個(gè)嶄新的時(shí)代。儀器儀表的發(fā)展可以簡(jiǎn)單地劃分為三代。第一代為指針式儀器儀表，如指針式萬(wàn)用表、功率表。它們的基本結(jié)構(gòu)是電磁式的，基于電磁測(cè)量原理使用指針來(lái)顯示最終結(jié)果。第二代為數(shù)字式儀器儀表，如數(shù)字電壓表、數(shù)字功率計(jì)、數(shù)字頻率計(jì)等。它們的基本結(jié)構(gòu)中離不開(kāi)模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，并以數(shù)字方式顯示或打印測(cè)量結(jié)果。第二代儀表響應(yīng)速度較快，測(cè)量準(zhǔn)確度較高。第三代就是本文要討論的智能式儀器儀表，這類(lèi)儀器儀表的主要特點(diǎn)是含微處理器，因此，通常具有信息采集、數(shù)據(jù)處理，輸出控制與測(cè)試過(guò)程和測(cè)試結(jié)果顯示、記錄、傳輸自動(dòng)進(jìn)行等功能。本文的研究目的是將儀器儀表的智能化技術(shù)具體應(yīng)用于濁度測(cè)量中，解決濁

25、度測(cè)量中的問(wèn)題，采用軟件技術(shù)代替復(fù)雜的硬件電路，通過(guò)軟件的非線(xiàn)性校正、濾波等技術(shù)修正和克服由傳感器、變換器、放大器等引入的誤差，從而提高儀器的精度和其他性能指標(biāo)。特別是理論上證明和實(shí)際實(shí)現(xiàn)本人提出的調(diào)制光源光強(qiáng)技術(shù)，即將信號(hào)處理的方法應(yīng)用于濁度測(cè)量中排除環(huán)境光和雜散光對(duì)濁度測(cè)量的影響。為實(shí)現(xiàn)此技術(shù)又提出和驗(yàn)證了軟硬件結(jié)合非線(xiàn)性校正方法。也就是說(shuō)，用軟件方法克服硬件本身的缺陷，從而提高儀器的性能價(jià)格比。1.3.2 研究的容本文首先從理論研究了調(diào)制光源光強(qiáng)技術(shù)測(cè)量濁度的原理與其可行性，在此原理的基礎(chǔ)上，采用以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的個(gè)人計(jì)算機(jī)儀器(PCI)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。用 VC+軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用 MA

26、TLAB 數(shù)學(xué)軟件的數(shù)學(xué)處理函數(shù)與其與 VC+接口，以與一些前人開(kāi)發(fā)的控件制作儀器的軟件。軟件的功能包括采集數(shù)據(jù)、非線(xiàn)性校正、濾波、儀器標(biāo)定與其操作界面，以與數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)等。硬件上，由于采用軟件技術(shù)，簡(jiǎn)化了硬件的設(shè)計(jì)。硬件以 AT89C51 單片機(jī)為中心，設(shè)計(jì)采樣電路、光源電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、與 PC 的接口電路以與測(cè)量探頭等。后文將對(duì)實(shí)現(xiàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)作一一介紹。第2章 調(diào)制光源光強(qiáng)技術(shù)的理論分析2.1 引言濁度測(cè)量中，一個(gè)需要解決的問(wèn)題就是如何避免背景光對(duì)測(cè)量的干擾。常用的方法是完全封閉起來(lái)遮蔽背景光。然而對(duì)于沉入式、插入式結(jié)構(gòu)的在線(xiàn)濁度儀，為保證濁液自然暢通地進(jìn)入探頭，就不能采

27、用封閉結(jié)構(gòu)，必然有背景光的影響。本文介紹一種以調(diào)制光強(qiáng)為光源照射濁液用信號(hào)處理的方法來(lái)濾除背景光的干擾。2.2 采用調(diào)制光強(qiáng)測(cè)量濁度的原理當(dāng)一束光照射到被測(cè)水樣時(shí)，在濁度不大的情況下(Un9。令 X0=U1=U19。如圖2.1。X0，X1，X2Xn就是轉(zhuǎn)換的特性參數(shù)。由于轉(zhuǎn)換函數(shù)是單調(diào)函數(shù)，XoX1，X2 Xn也應(yīng)單調(diào)。第 3 步，也可以調(diào)節(jié)強(qiáng)度光源 I 使 Ui=Ui-19，第 步的插值，而直接取 X0=U1，X1=U2Xi=Ui+1。對(duì)光強(qiáng)為 I 的光照射探測(cè)器，經(jīng)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換得到U，因?yàn)?X0，X1，X2 Xn是單調(diào)的，對(duì)應(yīng) U 有唯一的 i 使 XiUXi+1則:S=i+(U-Xi)/

28、(Xi+1Xi) XiU選擇端口， 彈出如圖 6-2 的對(duì)話(huà)框。選擇儀器連接到計(jì)算機(jī)的串口名，如 COM2。默認(rèn)選擇是COM1。再選擇菜單操作-檢查端口通訊。大概幾秒鐘。會(huì)彈出一個(gè)檢查結(jié)果息框。若報(bào)告不正確，檢查接插的端口是否與選擇的端口一致，儀器是否打開(kāi)電源，硬件電路是否有問(wèn)題。若報(bào)告正常，繼續(xù)對(duì)儀器進(jìn)行線(xiàn)性校正。圖 6.1 儀器的界面圖 6.2 端口選擇對(duì)話(huà)框從菜單中選擇操作-線(xiàn)性校正。儀器會(huì)自動(dòng)進(jìn)行線(xiàn)性校正，并把校正數(shù)據(jù)保存。線(xiàn)性校正要花幾分鐘時(shí)間，狀態(tài)條會(huì)顯示“正在進(jìn)行線(xiàn)性校正”字樣和一個(gè)進(jìn)度條，當(dāng)線(xiàn)性校正完成，狀態(tài)條會(huì)顯示“線(xiàn)性校正完成”，進(jìn)度條消失來(lái)提示操作者。完成線(xiàn)性校正后，就可

29、對(duì)儀器標(biāo)定。從菜單中選擇操作-標(biāo)定儀器，彈出如圖 6-3圖 6.3 標(biāo)定儀器對(duì)話(huà)框的對(duì)話(huà)框。對(duì)話(huà)框左邊顯示以標(biāo)定的數(shù)據(jù)。它們是濁度值和該濁度對(duì)應(yīng)的測(cè)量的數(shù)據(jù)。標(biāo)定方法是：將探頭放入標(biāo)準(zhǔn)濁度液中，如放入到 500FTU 的標(biāo)準(zhǔn)濁度液，在“輸入標(biāo)定濁度”文本框中鍵入濁度值，單擊添加按鈕。約一秒左右采樣值文本框會(huì)出現(xiàn)采樣值，同時(shí)左邊窗口中會(huì)添加這對(duì)數(shù)據(jù)。重復(fù)以上方法標(biāo)定其他濁度值。標(biāo)定的點(diǎn)越多儀器精度越高，但至少每 1000 標(biāo)定 5 個(gè)點(diǎn)。當(dāng)某對(duì)數(shù)據(jù)不正確，可在窗口點(diǎn)選這對(duì)數(shù)據(jù)，然后再點(diǎn)擊刪除按鈕就刪除了這對(duì)數(shù)據(jù)。標(biāo)定完后，點(diǎn)擊完成按鈕，保存標(biāo)定數(shù)據(jù)退出。若點(diǎn)擊取消按鈕，則本次標(biāo)定無(wú)效退出。完成線(xiàn)

30、性校正和標(biāo)定儀器后，才算是儀器完全制作完成，以后啟動(dòng)程序不再顯示提示線(xiàn)性校正和標(biāo)定消息框。這時(shí)才可以進(jìn)行測(cè)量。讓使用者完成線(xiàn)性校正和標(biāo)定儀器的原因是儀器的周期效驗(yàn)問(wèn)題。當(dāng)儀器使用一段時(shí)間后，電路、光源的老化是不可避免的，必然影響測(cè)量結(jié)果。使用者可通過(guò)菜單方便地重新進(jìn)行線(xiàn)性校正（重新進(jìn)行線(xiàn)性校正，在線(xiàn)性校正之前點(diǎn)擊菜單的操作-清空校正數(shù)據(jù)）和標(biāo)定儀器，確保儀器的測(cè)量精度。6.2 測(cè)量濁度和使用界面儀器有兩種測(cè)量濁度的方式，一種是恒光源測(cè)量方式。另一種是調(diào)制光源測(cè)量方式。默認(rèn)的測(cè)量方式是恒光源測(cè)量。它們之間的切換通過(guò)選擇菜單的操作-恒光源測(cè)量，“恒光源測(cè)量”左邊有鉤符號(hào)則表示恒光源測(cè)量方式。點(diǎn)擊“

31、恒光源測(cè)量” 左邊的鉤符號(hào)消失，則表示在調(diào)制光源測(cè)量方式。從狀態(tài)條上也可看出測(cè)量方式情況。點(diǎn)擊右上的“啟動(dòng)”按鈕，“啟動(dòng)”按鈕改變狀態(tài)為“停止”按鈕。儀器就開(kāi)始測(cè)量。左上的綠色 LED 顯示當(dāng)前測(cè)量的濁度值，右邊的紅色 LED 則顯示當(dāng)前的時(shí)間，四盞時(shí)鐘等閃爍表示正在測(cè)量中。左邊最大的一塊顯示區(qū)（稱(chēng)它為儀器顯示屏）以時(shí)間為橫軸以濁度值為縱軸顯示時(shí)間濁度值曲線(xiàn)。右邊的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目默認(rèn)顯示從開(kāi)始測(cè)量到當(dāng)前濁度值的各統(tǒng)計(jì)量。儀器顯示屏滾動(dòng)顯示時(shí)間濁度值曲線(xiàn)。為查看前面的測(cè)量值，點(diǎn)擊“查看”按鈕，按鈕改變狀態(tài)為“跟蹤”按鈕，此時(shí)儀器顯示屏停止?jié)L動(dòng)，濁度值 LED 和時(shí)間 LED 不再顯示當(dāng)前值。但四盞時(shí)鐘

32、仍閃爍表示儀器仍在進(jìn)行測(cè)量，只是數(shù)據(jù)為顯示出。左擊儀器顯示屏出現(xiàn)一豎條游標(biāo)，按下左鍵拖動(dòng)游標(biāo)，濁度值 LED 和時(shí)間 LED 顯示游標(biāo)所在位置的濁度值和時(shí)間。若要查看的時(shí)間不在顯示圍，可在儀器顯示屏按下右鍵拖動(dòng)儀器顯示屏向前或向后滾動(dòng)，也可拖動(dòng)水平滑塊調(diào)節(jié)時(shí)間軸的顯示圍。另外兩垂直滑塊可調(diào)節(jié)儀器顯示屏的縱軸，長(zhǎng)滑塊調(diào)節(jié)縱向顯示圍，短滑塊調(diào)節(jié)縱向顯示位置。查看完畢，點(diǎn)擊“跟蹤”按鈕，儀器會(huì)將查看期間測(cè)量的數(shù)據(jù)添加到儀器顯示屏中。儀器顯示屏繼續(xù)滾動(dòng)，濁度值 LED 和時(shí)間 LED 顯示當(dāng)前值。測(cè)量完畢，點(diǎn)擊“停止”按鈕，儀器停止測(cè)量。從菜單中點(diǎn)擊文件-保存，彈出文件保存對(duì)話(huà)框，保存文件的是以啟動(dòng)時(shí)

33、刻的時(shí)間為默認(rèn)文件名。最好接受默認(rèn)文件名以便于查找，當(dāng)然也可根據(jù)需要和自己喜好改變它。全局統(tǒng)計(jì)，只需點(diǎn)選“全局統(tǒng)計(jì)圍”。統(tǒng)計(jì) LED 就會(huì)顯示整個(gè)儀器中濁度測(cè)量的各統(tǒng)計(jì)量。若只統(tǒng)計(jì)某一段數(shù)據(jù)，首先調(diào)節(jié)水平滑塊使要統(tǒng)計(jì)的圍在顯示圍。然后把游標(biāo)移動(dòng)到要統(tǒng)計(jì)段的一端（借助時(shí)間 LED 的顯示可找準(zhǔn)位置）按下 Shift 鍵和鼠標(biāo)左鍵，拖動(dòng)鼠標(biāo)，儀器顯示屏上出現(xiàn)以剛才那點(diǎn)為頂點(diǎn)的矩形，同樣借助時(shí)間 LED 的顯示找到統(tǒng)計(jì)段的另一端，釋放Shift 鍵和鼠標(biāo)左鍵，則儀器顯示屏的顯示圍為這統(tǒng)計(jì)段，點(diǎn)選“統(tǒng)計(jì)顯示圍”的 radio，這段統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)就顯示在統(tǒng)計(jì) LED 中。需要說(shuō)明部分統(tǒng)計(jì)不能在測(cè)量的追蹤狀態(tài)下

34、進(jìn)行，因?yàn)檫@時(shí)儀器顯示屏的顯示是滾動(dòng)的。此外，文件的打開(kāi)-新建-幫助等都是標(biāo)準(zhǔn)操作，就不再介紹了。第7章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與展望7.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)首先對(duì)該儀器標(biāo)定，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，標(biāo)準(zhǔn)的零濁度液和標(biāo)準(zhǔn)濁度液都無(wú)法得到，只好用平裝純凈水假定為零濁度液，用純凈水稀釋到一定濃度的牛奶假定為標(biāo)準(zhǔn)濁度液。然后稀釋到各種濃度對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，例如，假定一定濃度的牛奶為 1000FTU，1：1 的比例與平裝純凈水混合得到 500FTU，然后 500FTU按 1：1 比例與純凈水混合得到 250FTU，1：4 比例與純凈水得到 100FTU以此類(lèi)推。任意兩種已知濁度液的混合得到新的濁度液的濁度按下式計(jì)算：T3=(

35、T1p+T2)/(p+1)T3為混合液的濁度值，T1為第一種已知濁度液的濁度值，T2為第二種已知濁度液的濁度值，p 第一種濁度液與第二種濁度液的體積比。對(duì)儀器標(biāo)定以下點(diǎn)：1000，500，250，187.5， 125， 93.75， 62.5， 46.8， 31.25 23.4， 15.6 11.7，7.8 5.85， 3.9， 2.925， 1.95， 0.98， 0。表 7-1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算值最大值最小值平均值標(biāo)準(zhǔn)方差518.71503.23510.702.80255.35265.71264.15265.310.34132.655133.81133.32133.500.1066.7566.

36、2866.1166.190.0433.1033.2133.1833.200.0116.6016.6216.6016.610.008.308.348.298.310.014.154.204.174.180.012.092.202.152.170.011.081.100.991.040.01表 7.1 為實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。表的第一行為取一定濃度的牛奶用該儀器測(cè)量 100 次的最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)方差。以后各行數(shù)據(jù)是上一次的一定濃度的牛奶與純凈水 1：1 比例混合后測(cè)量 100 次的數(shù)據(jù)，計(jì)算值是假定上一次測(cè)量的平均值為真值，來(lái)計(jì)算混合后應(yīng)得到的濁度值。與實(shí)際測(cè)量值比較可以大致看到儀器的精度。從實(shí)

37、驗(yàn)數(shù)據(jù)看。在 200 以下儀器的穩(wěn)定性，精度較為滿(mǎn)意。200 以上穩(wěn)定性精度較差。但還是可以大致測(cè)量濁度圍。以上對(duì)調(diào)制光強(qiáng)測(cè)量濁度的方法進(jìn)行分析和實(shí)踐。實(shí)踐證明此方法測(cè)量濁度能有效地消除環(huán)境光的干擾，也能消除電路噪聲的干擾，簡(jiǎn)化濁度儀的結(jié)構(gòu)。而且對(duì)硬件的精度要求都不高，電路也較為簡(jiǎn)單。尤其是該儀器采用軟硬件結(jié)合的線(xiàn)性校正法、軟件濾波處理和標(biāo)定儀器。使儀器更具靈活性。周期效驗(yàn)也很簡(jiǎn)單容易操作，從這方面解決電子元件的老化而影響儀器的精度的問(wèn)題。該儀器線(xiàn)性校正方法和標(biāo)定儀器的方法很值得推廣到其他智能測(cè)量?jī)x器和虛擬儀器的設(shè)計(jì)。7.2 后續(xù)研究工作的展望雖然本文介紹的儀器從實(shí)驗(yàn)角度已能達(dá)到一定的精度和穩(wěn)

38、定性，滿(mǎn)足一定的要求。但要使它面向市場(chǎng)還要做大量的工作。（1） 硬件的電路的優(yōu)化。本文介紹的電路雖然能實(shí)現(xiàn)它應(yīng)有的功能，但不是最優(yōu)的，也不是最簡(jiǎn)的。從市場(chǎng)成本的角度和儀器的穩(wěn)定性的角度，都需要進(jìn)一步的優(yōu)化。（2） 軟件程序的優(yōu)化。設(shè)計(jì)與其他程序外部數(shù)據(jù)接口，用于比如控制程序、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送和對(duì)該儀器的擴(kuò)展等，即程序進(jìn)程之間傳遞數(shù)據(jù)。此外還應(yīng)考慮多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量的問(wèn)題。（3） 探頭的自動(dòng)清洗裝置。真正要進(jìn)入市場(chǎng)，要考慮惡劣的工作環(huán)境。探頭的自動(dòng)清洗裝置是必不可少的。（4） 硬件與計(jì)算機(jī)連接的端口問(wèn)題。本儀器采用 RS232 串口與計(jì)算機(jī)連接。但計(jì)算機(jī)的 RS232 串口很有限。一臺(tái)計(jì)算機(jī)往往有很多外部設(shè)備。有時(shí) RS232串口顯得不夠用。所以?xún)x器最好采用 USB 口（通用串行接口）以緩解 RS232串口的壓力。此外，談到儀器測(cè)量不得不提到近十幾年出現(xiàn)的虛擬儀器，它的出現(xiàn)是測(cè)量領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，它有與專(zhuān)業(yè)儀器相比的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。本儀器還應(yīng)考慮結(jié)合虛擬儀器技術(shù)，利用市場(chǎng)上的虛擬儀器軟件如，使儀器的開(kāi)發(fā)成本降低。柔性更大。總之，為使儀器真正面向市場(chǎng)，具用市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，后期還需做大量的工作。參考文獻(xiàn)1 盧文祥 杜潤(rùn)生。 機(jī)械工程測(cè)試.信息.信號(hào)分析。 華中理工大學(xué) 19992 貢獻(xiàn) 工業(yè)過(guò)程濁度測(cè)量的新進(jìn)展 化工自動(dòng)化與儀表 1999，26（6）：1-73 胡誕康 濁度測(cè)量的新進(jìn)