透光脉动传感器的阻碍因素研究

1、透光脉动传感器的阻碍因素研究摘要：通过实验研究和总结生产应用体会，对透光脉动传感器的阻碍因素进行了分析，并提出了其最优工作参数。光源宜选择波长为860nm的激光二极管；传感器的管径依照利用目的确信，实验研究一样选用生产应用一样选用58mm；关于管径为3mm的传感器，取样流速宜操纵在飞；传感器信号处置部份的放大倍数应依照所检测水样的性质现场调剂。关键词：透光脉动传感器光源取样流速管径放大倍数0前言透光脉动传感器是一种非接触式光电检测装置，通过对混凝进程中形成的絮体颗粒的检测，能够取得反映颗粒聚集状态的检测参数Ro其检测不受混凝剂种类和原水水质等条件的限制，其输出值不受取样管管壁的粘污和电子元件老

2、化、漂移等不利因素的阻碍，普遍适用于饮用水处置和工业废水处置中混凝进程的在线持续检测1o以该传感器为核心的透光脉动混凝投药操纵系统在高浊度水的混凝剂自动投加操纵方面取得了良好的应用2,最近几年来开始在常规浊度水的混凝剂自动投加操纵方面取得应用3。在实际利用中，透光脉动传感器的检测性能受诸多因素的限制。作者在综合实践应用体会和实验结果的基础上对透光脉动传感器的要紧阻碍因素进行了研究，并确信了其最优工作参数。1透光脉动传感器透光脉动传感器由水样检测部份和信号处置部份组成，别离完成信号的检测和处置，其工作原理如图1所示。由光源发射一束狭小的光照射到传感器取样管中流动的悬浮液，透过光由光检测器接收并转

3、换成电信号，然后通事后续的信号处置电路完成对电信号的处置，输出透光脉动检测值。检测值能够通过数码显示器（LED）显示，也能够通过输出端子输出，通过接口与运算机等连接，以实现检测值的在线搜集和分析处置。通过理论分析，可取得透光脉动检测值的表达式：。式中：L取样管管径;A一光柱有效照射面积;Ni第i种颗粒的数量浓度;Ci第i种颗粒的散射截而积。从表达式能够看出，在被检测对象即悬浮液中颗粒的性质必然的情形下，检测值受光源的有效照射面积及取样管管径等因素的阻碍。在实际应用中，取样流速和传感器信号处置部份的放大倍数等因素也对检测值有明显阻碍，下面将对这些阻碍因素进行具体分析。2阻碍因素分析光源的阻碍关于

4、透光脉动传感器来讲，光源的选择无疑是相当重要的。受透光脉动检测技术的限制，只有当被测水样体积足够小时，颗粒的脉动现象才能被传感器检测到。在实际应用中为保证检测成效，必需尽可能减小光柱的有效照射面积，因此应选择发射角小的光源，如激光二极管。在水处置领域，国际标准化组推荐利用波长为860nm的近红外光和550nm的紫外光作为光源4。为了保证传感器的灵敏度，光源发射光的波长应随着被测颗粒尺寸的增大而增大，关于透光脉动传感器来讲，它检测的是尺寸较大的絮体颗粒，因此宜选择发射波长为860nm的光源。在860nm处水中的溶解性物质对光的吸收超级弱，这一点关于没有色度补偿的透光脉动传感器来讲很重要。取样流速

5、的阻碍由透光脉动检测技术特性可知5,颗粒的脉动频率与取样流速有关，只有在保证最低取样流速，使得被检测水样能及时取得必然程度的更新的前提下，通过处置后的检测信号才能真实地反映出颗粒的脉动情形，且现在检测值应与取样流速无关。为了验证取样流速对检测值的阻碍，用内径为3mm的取样管别离对未混凝和混凝的悬浮液进行了持续检测，结果如图2和图3所示。从图2能够看出，关于未混凝的悬浮液，当取样流量小于20mL/min时，现在水样流速过小，脉动信号的频率太低，其在信号处置进程中被滤波电路滤掉一部份，从而致使检测值偏小。取样流量在20mL/min左右时检测值波动较大，而当取样流量大于25mL/min时检测值比较稳

6、固，仅当取样流量达到100mL/min时，检测值才略有下降。从实验结果可得，当取样流量在25mL/min以上即取样流速在s以上时，检测值与取样流速无关。从图3能够看出，关于混凝的悬浮液，当取样流量为2540mL/min即取样流速为飞时，流量转变对检测值的阻碍很小，而当取样流量大于50mL/niin后，取样管中层流剪切力造成絮体明显破碎，致使检测值随流量的增大有明显的下降趋势，当取样流量降低后，絮体破碎程度降低，检测值那么从头升高。实验结果说明，当取样管管径为3mm时，关于未混凝的悬浮液，取样流速在s以上时检测值与取样流速无关；而关于混凝的悬浮液，为了保证检测值能反映絮体颗粒真实的聚集情形，应尽

7、可能幸免絮体在取样进程中的破碎，将取样流速合理的操纵在飞。取样管管径的阻碍絮体在取样管中层流剪切力的作用下会有必然程度的破碎，检测值将受到阻碍。研究说明，层流的平均剪切率和管径的立方成反比，和流速成正比，即（如图4所示），因此除通过适当降低取样流速外，还能够通过增大取样管管径的方式来减小剪切率。取样管管径能够依照利用目的和所检测水样的絮凝情形综合考虑，例如在实验室小试研究中，为了尽可能节约实验用水，取样管管径宜选择得小一些，如3mm,在适当操纵取样流速的情形下，能够保证絮体大体不破碎。从图4可看出，当取样管管径小至1mm时管中的平均剪切率变得超级大，例如当取样流量仅为min时，剪切率即达到约3

8、00s-1,如此高的剪切率很容易造成絮体的破碎。因此，在实际应用中往往不是用1加的取样管来检测颗粒的聚集进程，而是充分利用层流剪切力对悬浮液中颗粒的破碎作用，将其用于研究絮体颗粒的抗剪性能或颗粒物质在悬浮液中的分散进程等6。在水处置工艺中，混凝成效良好时形成的絮体颗粒粒径较大，絮体强度相对较小，专门是在原水浊度较高、投药量较大的情形下；另外，为了保证在长时刻运行时取样管不易被沉积物堵塞，必需保证较大的取样流速，如此都容易致使絮体的破碎。当取样管管径仅为3mm时，颗粒破碎程度明显增大，现在需要选择管径较大的取样管。生产实践说明，当取样管管径增加到5mm左右时，就能够够保证水样流过取样管时絮体大体

9、可不能破碎，固然，也能够依照原水性质选用直径更大的取样管，如在高浊度水絮凝进程的检测中那么建议利用内径为8mm左右的取样管。放大倍数的阻碍透光脉动传感器直接检测到的脉动信号很微弱，必需经信号处置部份放大和滤波等处置后才能参与操纵。为了研究信号处置部份的放大倍数对检测值的阻碍，选取放大倍数别离为K1和K2的两个传感器进行了实验研究，在改变水样的絮凝程度时的检测曲线如图5所示。由图5(a)可看出，1号传感器的放大倍数K1较小，其检测值的转变幅度相当小，仅在%之间转变，而2号传感器的放大倍数K2较大,检测值在婷%之间转变，由此可见放大倍数关于检测值的输出具有相当大的阻碍。把两条曲线绘于不同的坐标下时

10、发觉其转变规律超级接近,说明两个传感器的检测性能大体相同，只是由于信号处置部份的放大倍数不同，致使输出值不同专门大。关于投药操纵系统来讲，传感器信号处置部份的放大倍数太高，检测值波动太大，致使系统稳固性差；放大倍数太低，检测值无法准确反映出絮体颗粒的转变情形，操纵系统无法调剂投药量，因此在操纵系统投入运行之前必需调剂好放大倍数。一样来讲，放大倍数能够依照所检测水样的性质现场调剂，其调剂能够分为两步：第一将絮凝充分的水样通过传感器，调剂放大倍数使得检测值在40%左右，然后较大幅度地改变取样流速或水样的絮凝程度，使检测值大约在20%80%之间转变即可。3结论通过对传感器的工作参数进行优化，能够改善

11、传感器的检测性能,使其在生产中取得加倍良好的应用，要紧应注意以下几个方面:(1)光源应选择发射光的波长范围窄、发射角小的激光二极管等,波长宜选择860nm；(2)关于混凝的悬浮液，其检测值受取样流速的阻碍，在生产中应合理操纵取样流速；(3)为了减小絮体在取样管中的破碎，应依照悬浮液的絮凝程度合理选用取样管，实验研究中一样选用13nm1,生产应用中那么选用58mm；(4)传感器信号处置部份的放大倍数对检测值的输出有专门大阻碍，为了保证操纵系统的操纵性能，必需合理确信好放大倍数，其值可依照被检测水样的性质在现场调剂确信。参考文献：1Gregory,J.,Nelson,.ANewOpticalMethodforFlocculationMonitoringA.Solid-LiquidSeparation©.Chichester,EllisHorwood:.2于水利，李邦宜，曹世杰，李虹，李圭白.新型在线光学絮凝检测仪的原理、设计与制造J.传感器技术，1997,16(1):18-20.3孙连鹏.透光率脉动混凝投药操纵系统的应用研究及系统优化D.哈尔滨:哈尔滨工业大学，2001.4 ISOqu1ity-Determinatio