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体系实时在线监测规划完成

系统实时在线监测设计实现-在理想的状况下,浊度可以通过理论计算获得,但在实际工程中,液体中颗粒的大小、形状、表面构造、表面性质等因素都对浊度值有很大影响。所以在工程中为了得到准确的浊度参数,需要进行实际的测量。

在气候环境监测、产品质量检测等范畴,常常需求测定浊度。浊度表征了无色通明液体中悬浮物和胶体物质对光线透射所产生的阻止程度。在抱负的状况下,浊度能够经过理论核算取得,但在实践工程中,液体中颗粒的巨细、形状、外表结构、外表性质等要素都对浊度值有很大影响。所以在工程中为了得到精确的浊度参数,需求进行实践的丈量。

为处理此问题,依据透射率与吸光度之间的联系,选用激光透射的办法进行丈量,而高速高精度的数据收集卡才干担任这一过程中的数据收集,才干确保体系的实时在线监测。对该体系而言,除了激光驱动电路的安稳性和信号调度电路的质量,数据收集渠道的可靠性和作业速度将是实时在线监测方针的重要应战。

体系规划的考虑

体系结构框图如图1所示,经调制后的激光经过分光器后,分得两束光,其间一束经过待测浊液后进入接纳端1,另一束光直接进入接纳端0,别离经过接纳端的信号处理后,构成两路输入信号,进入数据收集体系,构成双通道的液体浊度丈量设备。

体系实时在线监测规划完成

图1 体系全体结构图

进行硬件规划

(1)光源驱动电路

体系运用635nm半导体激光器作为光源,为了下降噪声信号的搅扰,便于检出有用信号,将激光源调制成1KHz的方波脉冲。频率源挑选安稳性和精确性更好的1MHz有源晶振。选用分频电路对1MHz信号进行1000分频以输出频率安稳性好的1KHz方波信号。

(2)信号调度电路

体系中选用对射式接纳方法,选用光电二极管作为光电探测器。光电二极管将光信号转变为电流信号后,进行I/V转化及前置扩大,将电流信号转变为强度更大的电压信号。为了提取出有用信号,选用带通滤波器对信号进行滤波,以取得1kHz的有用信号。为了进一步进步收集信号的强度,选用同相份额扩大电路进行扩大。

(3)数据收集卡硬件

体系的数据收集模块选用高功能数据收集卡PCI-9846H来规划。PCI-9846H数据收集卡为凌华科技的高功能数据收集卡,为16位4通道型,如图2所示。PCI-9846H数据收集卡能够对高达20MHz的高频高动态规模的输入信号进行采样,采样率40MS/s。如此高的采样率为实时在线丈量供给了有用确保。PCI-9846H带有512MB的板载内存作为缓存,不会受限于PCI总线的传输率,能记录下更长时间段内的波形状况,能够完成更广泛的运用。PCI-9846H系列数字化仪装备了4个高度线性化的16位A/D转化仪,能满意具有高度动态规模设备的抱负运用需求。PCI-9846H 具有四个同步模仿输入通道,四条通道可别离以最大采样率10MS/s、20MS/s和40MS/s进行同步采样,能够有用满意同步多通道数据收集,以确保体系各通道数据的同步性,关于完成高精度的丈量体系供给有用的保证。

体系实时在线监测规划完成

图2 数据收集卡外形图

本体系为双通道丈量体系,挑选运用其间的两个通道CH0和CH1。CHO通道的输入信号为参阅信号,CH1通道的输入信号为经过待测溶液之后的丈量信号。

软件的完成

软件体系是虚拟仪器的重要组成部分,本丈量体系中选用Visual Basic开发体系的运用软件,界面规划十分快捷,编程作业量小,开发周期短。此外,ADLINK公司也供给了适用于Visual Basic环境下的控件:DAQPilot。经过查阅相关技能手册,能够取得该控件各特点的运用方法。DAQPilot一起也附带了一些程序模板,使软件开发愈加便利,十分易于开发软件体系。在VB的开发环境中,本体系的运用程序软件界面如图3所示。

体系实时在线监测规划完成

图3 上位机软件界面

在窗口程序规划界面,在DAQPilot导游中能够进行板卡的设置,挑选通道0和1为输入模仿信号的两个端口。在采样率方面,每个通道的采样率设置为200000。因为输入的有用信号频率为1KHz,所以在每个信号周期中,能够有用收集200个数据点,彻底能够满意精度要求,能够十分精确地描绘信号波形数据。除了上述的各项设置,还能够对DGraph控件的X轴进行特点页的设置,以改动在闪现窗口中的闪现状况。

测验与功能剖析

(1)体系测验

在体系的实践测验中,选用规范量具丈量液体的体积,选用滴定必定量的浓度均匀的牛奶来改动待测溶液的浊度。试验过程如下:

a)将烧杯中参加定量体积的纯洁水。

b)校准好光学设备,定量向纯洁水中参加牛奶,运用胶头滴管进行定量滴定,每参加一滴牛奶,拌和均匀并等浊液安稳下来后,按下体系软件上的核算按钮,得到两路输入信号强度之比,该数据即为透射率。每滴定一次,丈量一组数据。

将丈量数据用MATLAB进行处理,以参加牛奶的体积为横轴,以每次丈量透射率的平均值为纵轴,描点后如图6所示。

体系实时在线监测规划完成

图4 丈量数据描点

从图中能够看出,这些点的走势是契合指数特征的,选用一个恰当的指数曲线可与之拟合,曲线SSE彻底满意了体系的规划要求。

(2)体系功能剖析

以参加牛奶的量为自变量,透射率的值为应变量,应变量和自变量满意必定的函数联系。经过实践拟合曲线与理论推导函数的比对,能够得到如下体系功能测验定论:

a)拟合曲线的前一项指数系数为0.9928,小于但十分接近于理论推导公式中的指数系数1。0.9928与1之间的差错,是因为吸收和反射等要素构成的,透射率的实测值必定比理论值偏小。可是从实践拟合曲线来看,体系可靠性是比较高的。

b)函数联系的第二项指数项前的系数远远小于1,该项表明了实践值与理论值的一个误差,经查阅相关技能材料,发现在颗粒浓度较高的状况下,因为存在堆叠散射效应,会有更多的光线透射出去,也便是透射光更强,这也正契合了该项的改变趋势。

c)依据对数学模型和实践测得的拟合曲线函数方式的比对,能够揣度得出,在牛奶中影响透射光强弱的微粒应该以一种为主。为了验证这一试验成果,参阅相关材料,能够发现:均匀的牛奶中首要由脂肪颗粒构成,脂肪外表被蛋白质所包裹,所以能在水中安稳存在,牛奶所闪现的乳白色首要便是光线在这些包裹着蛋白质的脂肪颗粒上产生散射所构成的。这也反过来验证了拟合曲线是比较契合实践状况的。

全体而言,体系运用了凌华科技公司的PCI-9846H高功能多通道数据收集卡,大大提升了体系全体功能,所丈量数据的可靠性和精度较高,达到了预期的开发意图。因而,根据高速数据收集卡的光电式双通道浑浊度丈量体系,能够完成实时在线监测。体系规划方案能够很简单移植到其它的运用体系中,在环境质量监测、水质监测、气候参数监测、食品质量监测等范畴运用远景广泛。

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