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毕设进展报告
马凌
一、毕设现状
1.阅读文献
(1)李宸阳 污水中油分与悬浊物的光电在线检测方法研究
(2)杨健 散射光式水下在线浊度仪的研究与设计
(3)张磊 水中颗粒物的检测技术研究
(4)Propagation and Scattering model of Infrared and Ultraviolet light in Turbid Water
(5)A high-sensitivity particle monitor using an integration sphere
(6)ceramic slurry concentration measurement based on the theory of particle scattering
(7)王东 散射式浊度仪的设计与实现
(8)曹晓毛 特低渗透油田水质处理及污水回注
(9)罗军 油田开发中的环境污染及治理
(10)朱成泽 浅议油田水污染处理技术及利用
(11)刘丽佳 油田回注水金属管道防腐方法及其装置的研制
(12)冶君妮 油田回注水分离与杀菌一体机的研究

2.毕业论文
(1) 绪论：研究背景、浊度概述、传统检测方法、测量方法比较及本章小结
(2) 传感器系统设计：光源的选择、接收器的选择、光源驱动电路设计、信号检测电路设计、光路设计和机械结构设计。
(3) 翻译5000字英文文献：
Prooagation and Scattering model of Infrared and Ultraviolet light in Turbid Water

3. 搭建实验平台
(1) 画原理图、PCB图
(2) 焊电路板：接收前置板、接收板、发射前置板、发射板、控制板
(3) 调电路：
①保证led恒有40mA~50mA电流供电；
②调节反馈回路使led发光的光强保持不变；
③调节电路参数，使透射方向三路都有8V左右的输出；
(4) 搭光路：
①使用现有透镜（直径10mm，焦距14mm）、孔径光阑（直径8mm）、 灯罩（直径2mm），实现基本的准直。
②调节光源与透镜1的距离，使光束在散射处最窄。
③调节接收器与透镜2的距离，使透射光尽量汇聚在接收器上。
④在透射方向可以接收到三种波长的光，90°方向接收到860nm散射光。

图1 光源、透镜和光阑位置的设计

如图1所示，当光源距离透镜较近时（f~2f），光束较粗，但是经过透镜之后发散角较小；当光源距离透镜较远（>2f），光束较细，但是发散角大。因为机械结构限制，接收器的距离在透镜后2f之外。经过调节比较，最终设计为：
透镜1：f=14mm，D1=10mm；
透镜2：f=25mm，D2=20mm；
光阑1：d1=2mm；光阑2：d2=8mm
光源距光阑1：8mm；
光源距透镜1：19mm；
光束最细位置：透镜后25mm。

实验平台搭建如图2所示，能够实现透射三路光和散射方向860nm光的接收。

图2 实验平台搭建

二、 存在问题
1. 系统机械结构简易，光路难免会有偏斜。
2. 配置溶液时测量仪器需要标定，实验暂时无法进行。
3. 使用系统选用的接收器无法在90°方向接收到1050nm和1200nm的散射光，用索雷波的接收器放大60db后有大约5mV的信号，证明90°方向1050nm和1200nm散射光强真的很小。

图3 测量系统框图

4. 透射方向悬浮物和油分别对光强的影响大小无从得知。可能存在悬浮物对透射光的影响大于油的情况，那么在使用透射光测量油浓度时必须考虑将悬浮物的影响扣除；如果悬浮物的影响很小，那么也需要按照精度要求，考虑将其忽略，或是分段设定阈值。具体方案需要在实验后再做定夺。

三、 解决方案
在理论角度重新考虑是否一定需要90°方向1050nm和1200nm的散射光。由于回注水里同时存在悬浮物和油，所以在透射和散射方向一定都存在二者的同时作用，因此透射光强和散射光强分别都是油浓度和悬浮物浓度的多元方程，其中N为悬浮物浓度，H为水中油浓度，为透射方向三路光强，为散射方向三路光的光强，为入射光强。

根据论文所说，透射光对低浊度成指数关系，并在低浊度的一段区间内近似于线性，但是精度很低，微小的浊度变化可能无法分辨。而油对光主要起吸收作用，散射作用是否明显目前并不知道。那么上述公式中，散射方向的1050nm和1200nm两路，以及透射防线光的860nm是否需要呢？

下一步打算进行实验：
1.使用福尔马肼标准液配置不同浊度的待测液，测量仅含悬浮物的情况下，3种波长的透射光强变化，探究透射光与浊度/悬浮物浓度的函数关系，判断悬浮物对透射光强的影响大小。测量90°方向860nm波长散射光的光强，得到散射光与浊度/悬浮物浓度的关系。
2.配置不同浓度的含油待测液，测量不同油浓度下，透射方向三路光强和散射方向的一路光强，推测油对透射光的影响大小，与悬浮物对透射光影响比较。测量90°方向散射光强变化，观察油对入射光的散射影响大小。
3.在悬浮物浓度不变的情况下，不断改变待测液中油的浓度，观察透射、散射两个方向光强的变化。
4.在油浓度不变的情况下，不断改变悬浮物浓度，观察透射、散射两个方向的光强变化。
5.在上述实验成功的前提下，增加多角度（如45°、135°）接收。

如果可以得到透射光对浊度的具体函数，那么可以将其带入方程求解；如果低浊度情况下悬浮物对透射光的影响非常微小，那么再考虑是将其忽略，还是分段设定阈值。在可以得到悬浮物浓度与透射光强关系、油浓度与散射光强的情况下，可以考虑将散射方向1050nm和1200nm两路光省略。