一种基于散射法的油液浊度传感器及其定标方法技术

本发明专利技术公开了一种基于散射法的油液浊度传感器及其定标方法，该传感器包括传感器探头和传感器电路；传感器探头包括发射和接收通路，二者互相垂直，且发射通路的入射角为70

【技术实现步骤摘要】
一种基于散射法的油液浊度传感器及其定标方法


[0001]本专利技术属于传感器
，具体涉及一种基于散射法的油液浊度传感器及其定标方法。

技术介绍

[0002]目前，油料加工从前端到后端将工艺分为预处理、压榨、精炼、灌装等四个阶段。油液浊度传感器用于对精炼工艺中精炼后的油液浊度值进行在线采集。控制器通过485通信方式获取浊度传感器采集到的油液浊度值，在浊度值低于一定数值后(国家标准GBT1536规定精炼后的油液中不可溶颗粒物含量需＜0.05％)，再将油液导入成品油罐。在无油液浊度传感器之前，普遍依靠操作工人通过观察的方式确定油液浊度值是否合标，主观性较强，无法做到浊度的定量判断，且易受外界光、气泡、油液色度等外界环境的干扰。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于，提供一种基于散射法的油液浊度传感器及其定标方法，解决油料油液精炼环节中无法对精炼后的油液浊度进行实时定量分析的问题。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种基于散射法的油液浊度传感器，包括传感器探头和传感器电路；
[0006]传感器探头包括发射通路和接收通路；发射通路和接收通路互相垂直，且发射通路的入射角为70
°±
10
°
；其中，发射通路包括红外发光二级管、双凸镜和第一光学元件；接收通路包括第二光学元件、平凸镜和感光器件；第一光学元件和第二光学元件均为折射率与油液折射率相近的光学元件；
[0007]红外发光二级管发射特定波长的近红外光线，由双凸镜转化为平行光线，平行光线经第一光学元件无折射进入油液，由油液侧射后再经第二光学元件无折射进入平凸镜，通过平凸镜后光线集中于感光器件，由感光器件获取代表油液浊度值的侧射光强，最后通过传感器电路获取对应的油液浊度值。
[0008]进一步的，第一光学元件和第二光学元件均为三菱镜，三菱镜斜边与油液面齐平。
[0009]进一步的，第一光学元件和第二光学元件的材料为石英玻璃。
[0010]进一步的，传感器探头采用黑化处理。
[0011]进一步的，近红外光的波长为880nm，感光器件为硅光电池。
[0012]进一步的，传感器电路包括AD采集调理模块和MCU模块；
[0013]AD采集调理模块连接感光器件和MCU模块，用于将代表油液浊度值的侧射光强转化为对应的传感数值；MCU模块还内置有描述浊度值的数学模型，该数学模型由不同浊度的油液的浊度值及其所对应的传感数值拟合得到，最后由待测浊度的油液的传感数值和数学模型获取对应的油液浊度值。
[0014]进一步的，MCU模块对AD采集调理模块的采集值进行中位值平均滤波，即：采集多个数据，将最大值及最小值删掉，对剩下的值进行递推平均值处理。
[0015]进一步的，传感器电路还包括通信模块和人机交互模块；
[0016]通信模块用于传递油液浊度值给外部设备；
[0017]人机交互模块用于实时显示油液浊度值或油液浊度值曲线。
[0018]一种根据上述的基于散射法的油液浊度传感器的定标方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0019]获取不同浊度的油液；
[0020]利用传感器探头获取不同浊度的油液对应的传感数值；
[0021]将不同浊度的油液的浊度值与所对应的传感数值进行拟合，获取描述浊度值的数学模型；
[0022]由待测浊度的油液的传感数值和数学模型获取对应的油液浊度值。
[0023]进一步的，利用高目数滤布将油液进行充分过滤，然后加入不同数量的SiO2，调制出不同浊度的油液；由哈希浊度仪测量不同浊度的油液获取其浊度值。
[0024]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0025]本专利技术利用折射率与油液折射率相近的第一光学元件和第二光学元件，使光线无折射进出油液，并且发射通路和接收通路互相垂直以及发射通路的入射角在70
°
附近，保证光强与浊度值之间呈较好的线性关系，测量的结果精度较高。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的基于散射法的油液浊度传感器的组成示意图；
[0027]图2为本专利技术的传感器探头的3D模型图；
[0028]图3为本专利技术的传感器探头的光路图；
[0029]图4为本专利技术的基于散射法的油液浊度传感器的电路图；
[0030]图5为本专利技术的油液浊度传感器的定标流程图。
[0031]图中：1
‑
红外发光二级管、2
‑
双凸镜、3
‑
第一三菱镜、4
‑
第二三菱镜、5
‑
平凸镜、6
‑
硅光电池。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0033]本专利技术公开了一种基于散射法的油液浊度传感器设计及相关定标方法，该传感器应用于油料加工精炼阶段，创新点包括传感器嵌入式系统的软硬件设计、特殊的光学探头设计、基于哈希浊度仪的定标算法。传感器探头采用硅光电池与可调光强的红外发光二极管，并配备触摸屏实现更友好、方便的人机交互；光学探头采用光学透镜组合，保证光线按照预设的光路进入油液，以使试样油液浊度值与传感器读数保证最好的线性关系；采用哈希浊度仪对试样油液浊度值进行测量，将其与传感器采集的读数进行拟合，将拟合后的数学模型烧写入嵌入式系统软件，集成出基于散射法的油液浊度传感器。该专利技术实现了油液浊度值的在线采集，为首创，试验验证其测量线性度好，精度较高。
[0034]本专利技术提供了一种基于散射法的油液浊度传感器软硬件设计与集成，如图1所示，主要包括三大部分：1、传感器嵌入式系统的软硬件设计：包括设计了基于STM32F103RCT6为控制核心的硬件电路，包括通信功能模块、AD调理功能模块、PWM功能模块、MCU功能模块、人机交互功能模块等。2、传感器光学探头的设计：包括光学镜头组合的设计、探头结构的设计。3、定标算法的设计：使用哈希浊度仪与浊度传感器对同一种浊度的油液进行测量，而后将浊度仪的浊度值与传感器输出的数值进行拟合。
[0035]本专利技术的传感器电路嵌入式系统的软硬件设计主要包括以下部分：基于STM32F103RCT6的MCU功能模块的软硬件设计、通信功能的软硬件设计、AD采集调理功能的软硬件设计、PWM功能的软硬件设计、人机交互功能的软硬件设计。
[0036]AD采集调理功能的硬件主要用于将硅光电池输出的0
‑
20ma电流信号转化为0
‑
3V电压信号。AD采集调理功能的软件实现包括对采集值进行的中位值平均滤波法(防脉冲干扰平均滤波法)，采用相关滤波技术的输出值既保证了系统的实时性，也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于散射法的油液浊度传感器，其特征在于，包括传感器探头和传感器电路；传感器探头包括发射通路和接收通路；发射通路和接收通路互相垂直，且发射通路的入射角为70
°±
10
°
；其中，发射通路包括红外发光二级管、双凸镜和第一光学元件；接收通路包括第二光学元件、平凸镜和感光器件；第一光学元件和第二光学元件均为折射率与油液折射率相近的光学元件；红外发光二级管发射特定波长的近红外光线，由双凸镜转化为平行光线，平行光线经第一光学元件无折射进入油液，由油液侧射后再经第二光学元件无折射进入平凸镜，通过平凸镜后光线集中于感光器件，由感光器件获取代表油液浊度值的侧射光强，最后通过传感器电路获取对应的油液浊度值。2.根据权利要求1所述的基于散射法的油液浊度传感器，其特征在于，第一光学元件和第二光学元件均为三菱镜，三菱镜斜边与油液面齐平。3.根据权利要求1所述的基于散射法的油液浊度传感器，其特征在于，第一光学元件和第二光学元件的材料为石英玻璃。4.根据权利要求1所述的基于散射法的油液浊度传感器，其特征在于，传感器探头采用黑化处理。5.根据权利要求1所述的基于散射法的油液浊度传感器，其特征在于，近红外光的波长为880nm，感光器件为硅光电池。6.根据权利要求1所述的基于散射法的油液浊度传感器，其特征在于，传感器电路包括AD采集调理模...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤湘宁，李文林，万楚筠，周琦，胡正华，史丽红，
申请(专利权)人：中国农业科学院油料作物研究所，
类型：发明
国别省市：