唐曉江 大慶油田鉆探工程公司鉆井二公司

油田污水濁度檢測儀*

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油田污水濁度儀依據激光散射原理，選用波長為650 nm、功率為5 mW的激光模組作為入射光源，并以光電池為轉能元件，以散射光信號作為采樣信號；選用AD623模塊作為前置放大器件，經12位A/D MAX186CCPP轉換為數字信號，將數字信號傳輸至STC12C5A60S2單片機進行信號處理。激光濁度儀采用寬量程設計，設計量程可達到2 000 NTU，靈敏度為0.09 NTU。

油田污水；濁度；檢測機理；電路設計；數據采集；U盤存儲

1 檢測機理

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。為了達到所測污水濁度的準確性，本系統采用波長為650 nm的激光模組作為入射光源。根據光學理論可知入射光、透射光及散射光之間的關系

式中I為散射光強度；Io為入射光強度；Ir為透射光強度。

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。

根據數學等價無窮小的理論，當光程較短時，即e-KL近似為1-KL，則可得下式

由公式（3）得出結論：當樣本濁度較小時，散射光與水樣濁度K有近似線性關系。

2 總體設計思想

油田污水濁度儀依據激光散射原理，選用波長為650 nm、功率為5 mW的激光模組作為入射光源，并以光電池為轉能元件，以散射光信號作為采樣信號；選用AD623模塊作為前置放大器件，經12位A/D MAX186CCPP轉換為數字信號，將數字信號傳輸至STC12C5A60S2單片機進行信號處理。通過CH375芯片將數據存儲于U盤，可通過自定義鍵盤方便地進行數據查詢；同時數據可通過128×64 LCD實時顯示，最后通過自定義鍵盤實現數據的打印，方便實驗監(jiān)測人員作記錄。該設備硬件電路采用模塊化設計。

3 核心電路設計

3.1 恒流源電路

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

3.2 U盤存儲電路

本系統的U盤存儲芯片采用CH375，該芯片支持USB—HOST主機方式和USB—DEVICE/SLAVE設備方式，從而可以方便地與單片機/DSP/MCU/ MPU進行連接和通信。

4 軟件設計流程

該設備的軟件采用模塊化設計，包括1個主模塊和5個子模塊。5個子模塊分別為U盤存儲模塊、128×64 LCD在線顯示模塊、12位A/D處理模塊、上位機通信模塊、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行聯系。

5 結語

激光濁度儀克服了傳統濁度儀的缺點，采用寬量程設計，設計量程可以達到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%，同時設備可進行數據的存儲、查詢、打印，方便檢測人員的記錄。該儀器可滿足油田、環(huán)保、醫(yī)用、化工等領域的水質檢測需要，在油田具有廣闊的市場前景。

（欄目主持 樊韶華）

基金論文：黑龍江省教育廳科學技術研究項目“粒子群神經網絡在抽油機故障診斷中的研究”（12511005）。

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.063