唐曉江 大慶油田鉆探工程公司鉆井二公司

油田污水濁度檢測(cè)儀*

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油田污水濁度儀依據(jù)激光散射原理，選用波長(zhǎng)為650 nm、功率為5 mW的激光模組作為入射光源，并以光電池為轉(zhuǎn)能元件，以散射光信號(hào)作為采樣信號(hào)；選用AD623模塊作為前置放大器件，經(jīng)12位A/D MAX186CCPP轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)傳輸至STC12C5A60S2單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理。激光濁度儀采用寬量程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)量程可達(dá)到2 000 NTU，靈敏度為0.09 NTU。

油田污水；濁度；檢測(cè)機(jī)理；電路設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)采集；U盤存儲(chǔ)

1 檢測(cè)機(jī)理

用硅光電池吸收與入射光成90°角的散射光來反映油田污水的濁度。為了達(dá)到所測(cè)污水濁度的準(zhǔn)確性，本系統(tǒng)采用波長(zhǎng)為650 nm的激光模組作為入射光源。根據(jù)光學(xué)理論可知入射光、透射光及散射光之間的關(guān)系

式中I為散射光強(qiáng)度；Io為入射光強(qiáng)度；Ir為透射光強(qiáng)度。

由于Ir=Ioe-KL，將其代入公式（1）中可得下式

式中K為水樣濁度；L為光在水樣中通過的光程。

根據(jù)數(shù)學(xué)等價(jià)無窮小的理論，當(dāng)光程較短時(shí)，即e-KL近似為1-KL，則可得下式

由公式（3）得出結(jié)論：當(dāng)樣本濁度較小時(shí)，散射光與水樣濁度K有近似線性關(guān)系。

2 總體設(shè)計(jì)思想

油田污水濁度儀依據(jù)激光散射原理，選用波長(zhǎng)為650 nm、功率為5 mW的激光模組作為入射光源，并以光電池為轉(zhuǎn)能元件，以散射光信號(hào)作為采樣信號(hào)；選用AD623模塊作為前置放大器件，經(jīng)12位A/D MAX186CCPP轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)傳輸至STC12C5A60S2單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理。通過CH375芯片將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于U盤，可通過自定義鍵盤方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢；同時(shí)數(shù)據(jù)可通過128×64 LCD實(shí)時(shí)顯示，最后通過自定義鍵盤實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的打印，方便實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)人員作記錄。該設(shè)備硬件電路采用模塊化設(shè)計(jì)。

3 核心電路設(shè)計(jì)

3.1 恒流源電路

為提高油田污水濁度的測(cè)量準(zhǔn)確性，本系統(tǒng)的激光模組需要22.4 mA恒流源作為驅(qū)動(dòng)。該恒流源采用LM317和LM337為核心電子元件，通過調(diào)節(jié)電位器W2可改變輸出電流的大小。

3.2 U盤存儲(chǔ)電路

本系統(tǒng)的U盤存儲(chǔ)芯片采用CH375，該芯片支持USB—HOST主機(jī)方式和USB—DEVICE/SLAVE設(shè)備方式，從而可以方便地與單片機(jī)/DSP/MCU/ MPU進(jìn)行連接和通信。

4 軟件設(shè)計(jì)流程

該設(shè)備的軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，包括1個(gè)主模塊和5個(gè)子模塊。5個(gè)子模塊分別為U盤存儲(chǔ)模塊、128×64 LCD在線顯示模塊、12位A/D處理模塊、上位機(jī)通信模塊、按鍵處理子程序。子模塊均采用中斷方式工作，各子模塊之間通過全局變量進(jìn)行聯(lián)系。

5 結(jié)語(yǔ)

激光濁度儀克服了傳統(tǒng)濁度儀的缺點(diǎn)，采用寬量程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)量程可以達(dá)到2 000 NTU，靈敏度為0.09 NTU。采用高穩(wěn)定度激光光源，功率穩(wěn)定度＜0.37%，同時(shí)設(shè)備可進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、打印，方便檢測(cè)人員的記錄。該儀器可滿足油田、環(huán)保、醫(yī)用、化工等領(lǐng)域的水質(zhì)檢測(cè)需要，在油田具有廣闊的市場(chǎng)前景。

（欄目主持 樊韶華）

基金論文：黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“粒子群神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在抽油機(jī)故障診斷中的研究”（12511005）。

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.063