專利名稱：一種基于光敏二極管的濁度測量電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微弱信號檢測領域，尤其是一種基于光敏二極管的濁度測量電路。
背景技術：
現(xiàn)在用的濁度傳感器絕大多數(shù)都是光電濁度計，用光電池之類的器件將光源發(fā)出的光接收并轉換為電信號進行處理。濁度概念在許多行業(yè)中都要得到應用。在自來水廠就需要嚴格控制水質，以保證人們的身體健康，飲用水中懸浮物太多會增加傳染病的發(fā)病幾率。水文站也需要對水質進行監(jiān)控。而大氣研究者需要多空氣的污染程度進行研究，各種工廠的廢氣排放，以及液壓閥的使用都要對使用媒質的污染程度進行研究。還有啤酒生產(chǎn)、 藥劑生產(chǎn)、制造膠片、生產(chǎn)玻璃、制造紙張都要在生產(chǎn)流程中對媒質濁度進行監(jiān)控。在醫(yī)學研究中濁度也是經(jīng)常用到的概念，例如對血液中各種細胞、細菌數(shù)目以及各種物質含量的測定都要用到濁度的概念。對內河進行濁度監(jiān)測，可以了解泥沙流失情況，水污染情況以及水中微生物的含量。對近海水域進行濁度監(jiān)測，可以了解懸浮生物的含量。對深海環(huán)境進行濁度監(jiān)測，可以探測懸浮生物含量和海底異常情況，來尋找礦床或感興趣的環(huán)境。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提出了一種基于光敏二極管的濁度測量電路。本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案是
一種基于光敏二極管的濁度測量電路包括發(fā)射電路和接收電路兩部分。發(fā)射電路部分包括第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第i^一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十一濾波電容C11、第十二濾波電容C12、第十三濾波電容 C13、第十四濾波電容C14、發(fā)射二極管D1、第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三運算放大器 U3、NE555P 定時器 U4。第八電阻R8 —端接NE555P定時器U4的7腳，另一端接NE555P定時器U4的2腳禾口 6腳，第九電阻R9 —端接NE555P定時器U4的4腳，另一地端接NE555P定時器U4的7 腳，第十電阻RlO —端接NE555P定時器U4的3腳，另一端接第一三極管Ql的基極，第十一電容Cl 1 一端接NE555P定時器U4的2和6腳，另一端接地，第十二電容C12 —端接NE555P 定時器U4的5腳，另一端接地，NE555P定時器U4的1腳接地，2腳和6腳連接，4腳和8腳接電壓為+3. 3V的電源，第十一電阻Rll —端接第一三極管Ql的集電極，另一端接第三運算放大器U3的同相輸入端，第十二電阻R12 —端接第三運算放大器U3的同相輸入端，另一端接地，第十三電容C13 —端接第三運算放大器U3的同相電源輸入端，另一端接地，第十四電容C14 一端接第三運算放大器U3的反相電源輸入端，另一端接地，第一三極管Ql的基極接第十電阻R10，集電極接第十一電阻Rl 1，發(fā)射極接電壓為+3. 3V的電源，第二三極管Q2 的基極接第三運算放大器U3的輸出端，集電極接發(fā)射二極管D1，發(fā)射極接第三運算放大器 U3的反相輸入端，第十三電阻R13 —端接第三運算放大器U3的反相輸入端，另一端接地，發(fā)射二極管Dl—端接電壓為+5V的電源，另一端接第二三極管Q2的集電極，第三運算放大器U3的同相電源輸入端接電壓為+3. 3V的電源，反相電源輸入端接電壓為-3. 3V的電源。接收電路部分包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻 R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第一相位補償電容Cl、第二濾波電容C2、第三濾波電容C3、 第四濾波電容C4、第五濾波電容C5、第六濾波電容C6、第七濾波電容C7、第八濾波電容C8、 第九濾波電容C9、第十濾波電容C10、接收二極管D2、第一運算放大器Ul、第二運算放大器 U2。第一電阻Rl —端接地，另一端接第一運算放大器Ul的同相輸入端，第一電容Cl 一端接地，另一端接第一運算放大器Ul的同相輸入端，第二電阻R2—端接第一運算放大器 Ul的反相輸入端，另一端接第一運算放大器Ul的輸出端，第二電容C2—端接第一運算放大器Ul的反相輸入端，另一端接第一運算放大器Ul的輸出端，第三電阻R3 —端接第一運算放大器Ul的輸出端，另一端接第二運算放大器U2的反相輸入端，第三電容C3 —端接第一運算放大器Ul的輸出端，另一端接地，第四電容C4 一端接第二運算放大器U2的反相輸入端，另一端接地，第六電容C6—端接第一運算放大器Ul的同相電源輸入端，另一端接地，第七電容C7 —端接第一運算放大器Ul的反相電源輸入端，另一端接地，第五電阻R5 —端接地，另一端接第二運算放大器U2的同相輸入端，第五電容C5—端接第二運算放大器U2的反相輸入端，另一端接第二運算放大器U2的輸出端，第四電阻R4 —端接地，另一端接第二運算放大器U2的反相輸入端，第六電阻R6 —端接第二運算放大器U2的反相輸入端，另一端接第二運算放大器U2的輸出端，第七電阻R7 —端接第二運算放大器U2的輸出端，另一端接A/D轉換芯片的第三位，第八電容C8 —端接第二運算放大器U2的同相電源輸入端，另一端接地，第九電容C9 一端接第二運算放大器U2的反相電源輸入端，另一端接地，第十電容ClO —端接地，另一端接A/D轉換芯片的第三位，接收二極管D2的一端接電壓為+5V的電源，另一端接第一運算放大器Ul的反相輸入端，第一運算放大器Ul的同相電源輸入端接電壓為+3. 3V的電源，反相電源輸入端接電壓為-3. 3V的電源，第二運算放大器U2的同相電源輸入端接電壓為+3. 3V的電源，反相電源輸入端接電壓為-3. 3V的電源。本發(fā)明可以避免自然光與接收器件暗電流的影響，通過對電路中各參數(shù)進行設定，進行多次濾波和相位補償，使得該電路有較好的抗噪聲性能。


圖1是本發(fā)明的電路圖的發(fā)射電路； 圖2是本發(fā)明的電路圖的接收電路。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。一種基于光敏二極管的濁度測量電路包括發(fā)射電路和接收電路兩部分。如圖1所示，發(fā)射電路部分包括第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十一濾波電容C11、第十二濾波電容C12、第十三濾波電容C13、第十四濾波電容C14、發(fā)射二極管D1、第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三運算放大器U3、NE555P定時器U4。第八電阻R8 —端接NE555P定時器U4的7腳，另一端接NE555P定時器U4的2腳禾口 6腳，第九電阻R9 —端接NE555P定時器U4的4腳，另一地端接NE555P定時器U4的7 腳，第十電阻RlO —端接NE555P定時器U4的3腳，另一端接第一三極管Ql的基極，第十一電容Cl 1 一端接NE555P定時器U4的2和6腳，另一端接地，第十二電容C12 —端接NE555P 定時器U4的5腳，另一端接地，NE555P定時器U4的1腳接地，2腳和6腳連接，4腳和8腳接電壓為+3. 3V的電源，第十一電阻Rll —端接第一三極管Ql的集電極，另一端接第三運算放大器U3的同相輸入端，第十二電阻R12 —端接第三運算放大器U3的同相輸入端，另一端接地，第十三電容C13 —端接第三運算放大器U3的同相電源輸入端，另一端接地，第十四電容C14 一端接第三運算放大器U3的反相電源輸入端，另一端接地，第一三極管Ql的基極接第十電阻R10，集電極接第十一電阻R11，發(fā)射極接電壓為+3. 3V的電源，第二三極管Q2 的基極接第三運算放大器U3的輸出端，集電極接發(fā)射二極管Dl，發(fā)射極接第三運算放大器 U3的反相輸入端，第十三電阻R13 —端接第三運算放大器U3的反相輸入端，另一端接地，發(fā)射二極管Dl —端接電壓為+5V的電源，另一端接第二三極管Q2的集電極，第三運算放大器 U3的同相電源輸入端接電壓為+3. 3V的電源，反相電源輸入端接電壓為-3. 3V的電源。如圖2所示，接收電路部分包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻 R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第一相位補償電容Cl、第二濾波電容C2、第三濾波電容C3、第四濾波電容C4、第五濾波電容C5、第六濾波電容C6、第七濾波電容C7、第八濾波電容C8、第九濾波電容C9、第十濾波電容C10、接收二極管D2、第一運算放大器U1、第二運算放大器U2。第一電阻Rl —端接地，另一端接第一運算放大器Ul的同相輸入端，第一電容Cl 一端接地，另一端接第一運算放大器Ul的同相輸入端，第二電阻R2—端接第一運算放大器 Ul的反相輸入端，另一端接第一運算放大器Ul的輸出端，第二電容C2—端接第一運算放大器Ul的反相輸入端，另一端接第一運算放大器Ul的輸出端，第三電阻R3 —端接第一運算放大器Ul的輸出端，另一端接第二運算放大器U2的反相輸入端，第三電容C3 —端接第一運算放大器Ul的輸出端，另一端接地，第四電容C4 一端接第二運算放大器U2的反相輸入端，另一端接地，第六電容C6—端接第一運算放大器Ul的同相電源輸入端，另一端接地，第七電容C7 —端接第一運算放大器Ul的反相電源輸入端，另一端接地，第五電阻R5 —端接地，另一端接第二運算放大器U2的同相輸入端，第五電容C5—端接第二運算放大器U2的反相輸入端，另一端接第二運算放大器U2的輸出端，第四電阻R4 —端接地，另一端接第二運算放大器U2的反相輸入端，第六電阻R6 —端接第二運算放大器U2的反相輸入端，另一端接第二運算放大器U2的輸出端，第七電阻R7 —端接第二運算放大器U2的輸出端，另一端接A/D轉換芯片的第三位，第八電容C8 —端接第二運算放大器U2的同相電源輸入端，另一端接地，第九電容C9 一端接第二運算放大器U2的反相電源輸入端，另一端接地，第十電容ClO —端接地，另一端接A/D轉換芯片的第三位，接收二極管D2的一端接電壓為+5V的電源，另一端接第一運算放大器Ul的反相輸入端，第一運算放大器Ul的同相電源輸入端接電壓為+3. 3V的電源，反相電源輸入端接電壓為-3. 3V的電源，第二運算放大器U2的同相電源輸入端接電壓為+3. 3V的電源，反相電源輸入端接電壓為-3. 3V的電源。該電路的主要工作原理和過程
發(fā)射二極管Dl發(fā)出的紅外光在液體環(huán)境中產(chǎn)生散射，液體環(huán)境中懸浮物數(shù)目的多少決定了接收二極管D2接收到的散射光的強弱，從而進一步?jīng)Q定了接收二極管D2產(chǎn)生的光電流的強弱，而液體中的懸浮物含量的多少是衡量液體濁度大小的重要指標，因此可以通過散射光法來測量液體的濁度。本電路正是通過散射光測量法的原理來測量液體的濁度。首先，通過NE555P定時器產(chǎn)生的占空比為1:2的方波發(fā)生電路。第八電阻R8的阻值為100K Ω，第九電阻R9的阻值為1ΚΩ，第^^一電容Cll和第十二電容C12的容量值都為lOnF。根據(jù)由NE555P定時器組成的多些振蕩器有
振蕩周期
T = 0J(2RE + R9)*C = IAms(1)
輸出波形的占空比
RB + R9, N
D = -= 0,5(2)
2i 8 + R9
再通過第一三極管Ql的開關作用來控制發(fā)射二極管Dl工作。第十電阻RlO的阻值為 IK Ω，第^^一電阻Rl 1和第十二電阻Rl2的阻值都為IK Ω，第十三電阻Rl3的阻值為60 Ω， 發(fā)射二極管Dl的一端接+5V電源第一三極管Ql起到開關的作用，當ΝΕ555Ρ定時器U4輸出的方波的低電平時，第一三極管Ql導通，+3. 3V的電源電壓經(jīng)過第十一電阻Rll和第十二電阻R12的分壓作用，在第三運算放大器U3的正向輸入端產(chǎn)生約+1.6V的電壓，此時的第三運算放大器U3的輸出端也輸出一正向電壓，控制第二三極管Q2導通，發(fā)射二極管Dl開始發(fā)光，當ΝΕ555Ρ定時器U4輸出的方波的高電平時，第一三極管Ql截止，由于存在各器件暗電流的影響，在經(jīng)過第三運算放大器U3的放大后在其輸出端輸出一個低電平，控制第二三極管Q2截止，發(fā)射二極管Dl開始熄滅。在接收電路中，接收二極管D2反接+5V電源，當接收到發(fā)射二極管Dl發(fā)射的信號時產(chǎn)生微弱電流信號，信號通過第一運算放大器Ui的負向輸入端輸入，將微弱電流信號轉換為電壓信號輸出，第二電阻R2的阻值為100Κ Ω，起到負反饋的作用，第一電阻Rl為一偏置電阻，阻值為100Κ Ω，第一電容Cl為相位補償電容，容量值為0. luF，第二電容C2為濾波電容，容量值為15pF，第一運算放大器Ul輸出的電壓信號經(jīng)過限流電阻R3，以及第三電容C3和第四電容C4的濾波后，輸入到第二運算放大器U2的負向輸入端，第三電阻R3的阻值為1ΚΩ，第三電容和第四電容的容量值都為IOOpF,第五電阻R5為一偏置電阻，阻值為 IK Ω，第四電阻R4的阻值為IK Ω，第六電阻R6為一可調電阻，阻值為IOK Ω，電壓信號經(jīng)過第二運算放大器U2的進一步放大后便可以進行AD轉換，第五電容C5為濾波電容，容量值為IOOpF,第七電阻R7為限流電阻，阻值為100 Ω，第八電容C8和第九電容C9是電源濾波電容，容量值均為0. IuF,第十電容ClO是濾波電容，容量值為0. IuF,電流信號經(jīng)過接收電路的兩級放大，最終實現(xiàn)了微弱電流信號的電壓轉換。
權利要求
1. 一種基于光敏二極管的濁度測量電路，包括發(fā)射電路和接收電路兩部分，其特征在于發(fā)射電路部分包括第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第i^一濾波電容C11、第十二濾波電容C12、第十三濾波電容C13、 第十四濾波電容C14、發(fā)射二極管D1、第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三運算放大器U3和 NE555P定時器U4，第八電阻R8 —端接NE555P定時器U4的7腳，另一端接NE555P定時器 U4的2腳和6腳，第九電阻R9 —端接NE555P定時器U4的4腳，另一地端接NE555P定時器U4的7腳，第十電阻RlO —端接NE555P定時器U4的3腳，另一端接第一三極管Ql的基極，第i^一電容Cll 一端接NE555P定時器U4的2和6腳，另一端接地，第十二電容C12 — 端接NE555P定時器U4的5腳，另一端接地，NE555P定時器U4的1腳接地，2腳和6腳連接，4腳和8腳接電壓為+3. 3V的電源，第十一電阻Rll —端接第一三極管Ql的集電極，另一端接第三運算放大器U3的同相輸入端，第十二電阻R12 —端接第三運算放大器U3的同相輸入端，另一端接地，第十三電容C13 —端接第三運算放大器U3的同相電源輸入端，另一端接地，第十四電容C14 一端接第三運算放大器U3的反相電源輸入端，另一端接地，第一三極管Ql的基極接第十電阻R10，集電極接第十一電阻R11，發(fā)射極接電壓為+3. 3V的電源， 第二三極管Q2的基極接第三運算放大器U3的輸出端，集電極接發(fā)射二極管D1，發(fā)射極接第三運算放大器U3的反相輸入端，第十三電阻R13 —端接第三運算放大器U3的反相輸入端，另一端接地，發(fā)射二極管Dl —端接電壓為+5V的電源，另一端接第二三極管Q2的集電極，第三運算放大器U3的同相電源輸入端接電壓為+3. 3V的電源，反相電源輸入端接電壓為-3. 3V的電源；接收電路部分包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、 第六電阻R6、第七電阻R7、第一相位補償電容Cl、第二濾波電容C2、第三濾波電容C3、第四濾波電容C4、第五濾波電容C5、第六濾波電容C6、第七濾波電容C7、第八濾波電容C8、第九濾波電容C9、第十濾波電容C10、接收二極管D2、第一運算放大器Ul和第二運算放大器U2， 第一電阻Rl —端接地，另一端接第一運算放大器Ul的同相輸入端，第一電容Cl 一端接地， 另一端接第一運算放大器Ul的同相輸入端，第二電阻R2 —端接第一運算放大器Ul的反相輸入端，另一端接第一運算放大器Ul的輸出端，第二電容C2 —端接第一運算放大器Ul的反相輸入端，另一端接第一運算放大器Ul的輸出端，第三電阻R3—端接第一運算放大器Ul 的輸出端，另一端接第二運算放大器U2的反相輸入端，第三電容C3 —端接第一運算放大器 Ul的輸出端，另一端接地，第四電容C4 一端接第二運算放大器U2的反相輸入端，另一端接地，第六電容C6 —端接第一運算放大器Ul的同相電源輸入端，另一端接地，第七電容C7 — 端接第一運算放大器Ul的反相電源輸入端，另一端接地，第五電阻R5—端接地，另一端接第二運算放大器U2的同相輸入端，第五電容C5 —端接第二運算放大器U2的反相輸入端， 另一端接第二運算放大器U2的輸出端，第四電阻R4—端接地，另一端接第二運算放大器U2 的反相輸入端，第六電阻R6—端接第二運算放大器U2的反相輸入端，另一端接第二運算放大器U2的輸出端，第七電阻R7—端接第二運算放大器U2的輸出端，另一端接A/D轉換芯片的第三位，第八電容C8 —端接第二運算放大器U2的同相電源輸入端，另一端接地，第九電容C9 一端接第二運算放大器U2的反相電源輸入端，另一端接地，第十電容ClO —端接地， 另一端接A/D轉換芯片的第三位，接收二極管D2的一端接電壓為+5V的電源，另一端接第一運算放大器Ul的反相輸入端，第一運算放大器Ul的同相電源輸入端接電壓為+3. 3V的電源，反相電源輸入端接電壓為-3. 3V的電源，第二運算放大器U2的同相電源輸入端接電壓為+3. 3V的電源，反相電源輸入端接電壓為-3. 3V的電源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光敏二極管的濁度測量電路，本發(fā)明通過555定時器產(chǎn)生方波信號，用方波信號來控制發(fā)光二極管的工作狀態(tài)，發(fā)光二極管和光敏二極管將液體的濁度轉換成光電信號進行測量，通過運算放大器將微弱電流信號轉換為電壓信號，同時進行電壓信號的放大，經(jīng)過轉換過程中的相位補償以及濾波，產(chǎn)生可以進行A/D轉換的電壓信號。本發(fā)明通過555定時器產(chǎn)生的占空比為12的方波發(fā)生電路來控制三極管的開關作用，從而達到對光源進行調制，這樣可以避免自然光的干擾。
文檔編號G01N21/49GK102393384SQ20111026553
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權日2011年9月8日
發(fā)明者葉瑛, 周紅偉, 楊厲昆, 秦華偉, 陳鷹 申請人:杭州電子科技大學