油田污水浊度检测仪*

唐晓江 大庆油田钻探工程公司钻井二公司

油田污水浊度检测仪*

唐晓江 大庆油田钻探工程公司钻井二公司

油田污水浊度仪依据激光散射原理，选用波长为650 nm、功率为5 mW的激光模组作为入射光源，并以光电池为转能元件，以散射光信号作为采样信号；选用AD623模块作为前置放大器件，经12位A/D MAX186CCPP转换为数字信号，将数字信号传输至STC12C5A60S2单片机进行信号处理。激光浊度仪采用宽量程设计，设计量程可达到2 000 NTU，灵敏度为0.09 NTU。

油田污水；浊度；检测机理；电路设计；数据采集；U盘存储

1 检测机理

用硅光电池吸收与入射光成90°角的散射光来反映油田污水的浊度。为了达到所测污水浊度的准确性，本系统采用波长为650 nm的激光模组作为入射光源。根据光学理论可知入射光、透射光及散射光之间的关系

式中I为散射光强度；Io为入射光强度；Ir为透射光强度。

由于Ir=Ioe-KL，将其代入公式（1）中可得下式

式中K为水样浊度；L为光在水样中通过的光程。

根据数学等价无穷小的理论，当光程较短时，即e-KL近似为1-KL，则可得下式

由公式（3）得出结论：当样本浊度较小时，散射光与水样浊度K有近似线性关系。

2 总体设计思想

油田污水浊度仪依据激光散射原理，选用波长为650 nm、功率为5 mW的激光模组作为入射光源，并以光电池为转能元件，以散射光信号作为采样信号；选用AD623模块作为前置放大器件，经12位A/D MAX186CCPP转换为数字信号，将数字信号传输至STC12C5A60S2单片机进行信号处理。通过CH375芯片将数据存储于U盘，可通过自定义键盘方便地进行数据查询；同时数据可通过128×64 LCD实时显示，最后通过自定义键盘实现数据的打印，方便实验监测人员作记录。该设备硬件电路采用模块化设计。

3 核心电路设计

3.1 恒流源电路

为提高油田污水浊度的测量准确性，本系统的激光模组需要22.4 mA恒流源作为驱动。该恒流源采用LM317和LM337为核心电子元件，通过调节电位器W2可改变输出电流的大小。

3.2 U盘存储电路

本系统的U盘存储芯片采用CH375，该芯片支持USB—HOST主机方式和USB—DEVICE/SLAVE设备方式，从而可以方便地与单片机/DSP/MCU/ MPU进行连接和通信。

4 软件设计流程

该设备的软件采用模块化设计，包括1个主模块和5个子模块。5个子模块分别为U盘存储模块、128×64 LCD在线显示模块、12位A/D处理模块、上位机通信模块、按键处理子程序。子模块均采用中断方式工作，各子模块之间通过全局变量进行联系。

5 结语

激光浊度仪克服了传统浊度仪的缺点，采用宽量程设计，设计量程可以达到2 000 NTU，灵敏度为0.09 NTU。采用高稳定度激光光源，功率稳定度＜0.37%，同时设备可进行数据的存储、查询、打印，方便检测人员的记录。该仪器可满足油田、环保、医用、化工等领域的水质检测需要，在油田具有广阔的市场前景。

（栏目主持 樊韶华）

基金论文：黑龙江省教育厅科学技术研究项目“粒子群神经网络在抽油机故障诊断中的研究”（12511005）。

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.063