專利名稱：一體化雙光束水質(zhì)cod在線檢測(cè)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)的一體化雙光束水質(zhì)COD在線檢測(cè)傳感器。
背景技術(shù)：
COD (Chemical Oxygen Demand,化學(xué)需氧量)是水體水質(zhì)檢測(cè)的重要指標(biāo),用來反映水體中還原性物質(zhì)污染的程度，由于水體中的還原物質(zhì)主要為有機(jī)物，因此COD也反應(yīng)了水體受有機(jī)物的污染程度。COD的值越小，說明水質(zhì)受有機(jī)物污染程度越輕。 目前，COD的測(cè)定方法主要分為化學(xué)和物理的方法，傳統(tǒng)的化學(xué)法主要是化學(xué)滴定(重鉻酸鉀或高錳酸鉀)。這種方法主要以人工現(xiàn)場(chǎng)采樣、實(shí)驗(yàn)室儀器分析為主，存在監(jiān)測(cè)頻次低、采樣誤差大、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分散、所需的時(shí)間周期較長(zhǎng)、經(jīng)歷的中間環(huán)節(jié)較多、易造成二次污染、不能實(shí)時(shí)反映污染變化狀況，難以滿足對(duì)有效水環(huán)境管理的需求。物理方法則是采用紫外光(UV)分析法，利用大部分有機(jī)物在某一波長(zhǎng)(比如254nm)處有吸收的特性，將水體經(jīng)過該特定波長(zhǎng)紫外光的照射，從吸光度的大小來判斷水質(zhì)污染的程度。為了減少濁度、色度等對(duì)測(cè)定的影響，一般都采用雙波長(zhǎng)測(cè)定，另一波長(zhǎng)(546nm)作為參考光，用于消除水體濁度、色度等對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的影響，這種方法的優(yōu)點(diǎn)無需添加化學(xué)試劑，無無二次污染，且易于實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)化，易于儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和維修保養(yǎng)。隨著紫外吸收光譜在水質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域研究的不斷深入，采用雙波長(zhǎng)或多個(gè)波段的檢測(cè)方法很多。例如CN200810064473. 2公開的“一種紫外吸光法測(cè)定COD濃度的在線檢測(cè)儀”，該儀器由光路系統(tǒng)、水路系統(tǒng)、電路系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)組成，以汞燈作為光源，利用254nm紫外光吸光度與水體COD有很好的相關(guān)性來計(jì)算COD值，利用546nm可見光吸光度計(jì)算水樣濁度，再從COD值中減去濁度帶來的誤差，提高測(cè)量精度。文獻(xiàn)(基于紫外(UV)吸收原理的新型在線水質(zhì)(COD)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)，杜振貢等，科技風(fēng)，2011 (18)，48-51)公開的檢測(cè)儀由水路系統(tǒng)、光路系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，測(cè)試儀器置于水體之外，利用蠕動(dòng)泵連續(xù)穩(wěn)定抽取水樣，以氙燈作為光源，同樣采用雙波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)水體COD的含量。對(duì)于光源長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的問題，通過引入?yún)⒖脊馐膹?qiáng)度測(cè)量，進(jìn)行反饋比較，從而消除非線性誤差。CN200710119027. 2針對(duì)前者公開了其相應(yīng)檢測(cè)裝置，該裝置由紫外線光源、樣品池、分光器、紫外線光強(qiáng)檢測(cè)器和數(shù)據(jù)處理器組成，采用多波長(zhǎng)紫外線測(cè)量，根據(jù)紫外線光強(qiáng)檢測(cè)器輸出的紫外線光束各波長(zhǎng)的光強(qiáng)計(jì)算有機(jī)物的吸光度，從而可以在較大的應(yīng)用范圍內(nèi)得到準(zhǔn)確的化學(xué)需氧量(C0D)。以上現(xiàn)有技術(shù)都采用汞燈或氙燈作為光源，但此類光源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)麻煩，成本以及維護(hù)費(fèi)用相對(duì)偏高，耗電量頗大，發(fā)光壽命也不是很長(zhǎng)。前面兩篇都采用雙波長(zhǎng)測(cè)定C0D，只能測(cè)定大部分有機(jī)物的含量，而且參考光無法消除水體水質(zhì)中少量無機(jī)物、微量元素和金屬離子對(duì)有機(jī)物紫外吸收光譜產(chǎn)生的干擾，導(dǎo)致測(cè)量值并不夠準(zhǔn)確。后者盡管選取吸光度比較大的多個(gè)波段來測(cè)量COD值，可以在一定程度上提高準(zhǔn)確度，但是計(jì)算COD時(shí)相關(guān)系數(shù)需要利用化學(xué)方法測(cè)定，因此當(dāng)污水成分和外界條件發(fā)生變化時(shí)，波段范圍及其波段數(shù)目需要重新選取，其相關(guān)系數(shù)則也需要重新測(cè)量，所以測(cè)量過程相對(duì)復(fù)雜，所謂的實(shí)時(shí)性也不能得到保證。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明解決現(xiàn)有水質(zhì)COD檢測(cè)傳感器采用汞燈或氙燈作為光源，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，以及耗電量，發(fā)光壽命的問題，提供一種新型結(jié)構(gòu)的一體化雙光束水質(zhì)COD在線檢測(cè)傳感器。解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一體化雙光束水質(zhì)COD在線檢測(cè)傳感器，其特征在于，包括傳感器本體、測(cè)量光室和檢測(cè)光路；所述測(cè)量光室為在傳感器本體中部開設(shè)的矩形凹槽，所述測(cè)量光室沿傳感器本體軸向的兩側(cè)壁上設(shè)有在同一直線上的準(zhǔn)直鏡和出射聚光鏡；所述檢測(cè)光路由處于同一直線上的傳感器光源、入射聚光鏡、入射光纖、準(zhǔn)直鏡、出射聚光鏡和出射光纖構(gòu)成；所述傳感器光源為UVLED陣列，傳感器光源經(jīng)過入射聚光鏡、入射光纖傳輸光到測(cè)量光室經(jīng)過準(zhǔn)直鏡耦合，光束再通過測(cè)量光室被待測(cè)溶液吸收，經(jīng)出射聚光鏡耦合到出射光纖中，進(jìn)行傳輸；在傳感器本體中部還設(shè)有與所述測(cè)量光室長(zhǎng)度相同和軸向位置相同參考光室，所述參考光室上還設(shè)有密封插件；在參考光室兩側(cè)壁上設(shè)有在同一直線上的第二準(zhǔn)直鏡和第二出射聚光鏡；對(duì)應(yīng)所述參考光室還設(shè)有第二檢測(cè)光路，所述第二檢測(cè)光路由處于同一直線上的第二傳感器光源UVLED陣列、第二入射聚光鏡、第二入射光纖、第二準(zhǔn)直鏡、第二出射聚光鏡和第二出射光纖構(gòu)成；第二傳感器光源UVLED陣列經(jīng)第二入射聚光鏡、第二入射光纖傳輸光到參考光室經(jīng)過第二準(zhǔn)直鏡稱合，光束通過參考光室被標(biāo)準(zhǔn)溶液吸收后，經(jīng)第二出射聚光鏡耦合到第二出射光纖中，進(jìn)行傳輸；
最后通過測(cè)量光室和參考光室之間的比對(duì)實(shí)現(xiàn)雙光束探測(cè)，提高測(cè)量結(jié)果的精度。所述UVLED陣列的作用是提供所需紫外光譜作為光源；準(zhǔn)直鏡的作用是把UVLED陣列匯聚透射成為平行光速，保證了光束在測(cè)量光室或參考光室中更好的傳輸。所述傳感器本體的作用是通過測(cè)量光室和參考光室之間的比對(duì)實(shí)現(xiàn)雙光束探測(cè)，提高測(cè)量結(jié)果的精度，其中經(jīng)過測(cè)量光室的探頭傳感部分開凹槽，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)在線檢測(cè)。所述入射光纖和出射光纖的作用是提高紫外區(qū)域波長(zhǎng)的光束在光纖中的連續(xù)導(dǎo)光效率，克服一般光纖對(duì)紫外光束導(dǎo)光效率低的缺點(diǎn)。所述密封插件的作用是方便參考光室中參考溶液能夠便捷的進(jìn)行更換，以保證參考測(cè)量溶液的質(zhì)量。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果
I、本發(fā)明所述的一體化雙光束水質(zhì)COD在線檢測(cè)傳感器，采用了 LED陣列作為傳感器的光源，使得傳感器結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化；并且，大大減小了傳感器的體積和重量，同時(shí)相比其它同類以鎢燈，氙燈作為光源的探頭，成本低，功耗少，使用壽命超長(zhǎng)、穩(wěn)定性更好，不需要后續(xù)維護(hù)。該傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用這種傳感器具有較高的性能價(jià)格比，并且使用方便。
2、本發(fā)明LED陣列光源采用多個(gè)LED形成連續(xù)波段，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)COD的連續(xù)波長(zhǎng)檢測(cè)，使得測(cè)量結(jié)果能在較大范圍內(nèi)準(zhǔn)確反映水體COD的值，大大減小少量無機(jī)物、微量元素和金屬離子在紫外波段的的吸光度對(duì)有機(jī)物的吸光度產(chǎn)生的干擾，并提高測(cè)量精度。3、本發(fā)明在傳感器本體內(nèi)采用測(cè)量光室和參考光室，通過雙光束實(shí)現(xiàn)比對(duì)探測(cè)，進(jìn)一步提高測(cè)量精度，并且傳感器置于水體，實(shí)現(xiàn)浸入式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。使測(cè)量更加方便化。


圖I本發(fā)明所述的在線檢測(cè)傳感器的示意圖 圖2本發(fā)明所述的傳感器本體剖面結(jié)構(gòu)圖
圖3本發(fā)明所述的UVLED陣列光源示意圖。 圖中1-出射光纖，2-出射聚光鏡，3-準(zhǔn)直鏡，4-入射光，5-入射聚光鏡，6-UVLED陣列，7-光源驅(qū)動(dòng)，8-驅(qū)動(dòng)線纜，9-傳感器本體，10-測(cè)量光室，11-參考光室，12-密封插件，13-出射光纖通孔，14-驅(qū)動(dòng)線纜通孔。21-第二出射光纖，22-第二出射聚光鏡，23-第二準(zhǔn)直鏡，24-第二入射光，25-第二入射聚光鏡，26-第二 UVLED陣列。
具體實(shí)施例方式參見圖I、圖2和圖3，一體化雙光束水質(zhì)COD在線檢測(cè)傳感器，其特征在于，包括傳感器本體9、測(cè)量光室10和檢測(cè)光路；所述測(cè)量光室10為在傳感器本體9中部開設(shè)的矩形凹槽，所述測(cè)量光室10沿傳感器本體9軸向的兩側(cè)壁上設(shè)有在同一直線上的準(zhǔn)直鏡3和出射聚光鏡2 ;所述檢測(cè)光路由處于同一直線上的傳感器光源、入射聚光鏡5、入射光纖4、準(zhǔn)直鏡3、出射聚光鏡2和出射光纖I構(gòu)成；所述傳感器光源為UVLED陣列6，傳感器光源經(jīng)過入射聚光鏡5、入射光纖4傳輸光到測(cè)量光室10經(jīng)過準(zhǔn)直鏡3耦合，光束再通過測(cè)量光室10被待測(cè)溶液吸收，經(jīng)出射聚光鏡2耦合到出射光纖I中，進(jìn)行傳輸；
在傳感器本體9中部還設(shè)有與所述測(cè)量光室10長(zhǎng)度相同和軸向位置相同參考光室11，所述參考光室11上還設(shè)有密封插件12 ;在參考光室11兩側(cè)壁上設(shè)有在同一直線上的第 二準(zhǔn)直鏡23和第二出射聚光鏡22 ;對(duì)應(yīng)所述參考光室11還設(shè)有第二檢測(cè)光路，所述第二檢測(cè)光路由處于同一直線上的第二傳感器光源UVLED陣列26、第二入射聚光鏡25、第二入射光纖24、第二準(zhǔn)直鏡23、第二出射聚光鏡22和第二出射光纖21構(gòu)成；第二傳感器光源UVLED陣列26經(jīng)第二入射聚光鏡25、第二入射光纖24傳輸光到參考光室11經(jīng)過第二準(zhǔn)直鏡23耦合，光束通過參考光室11被標(biāo)準(zhǔn)溶液吸收后，經(jīng)第二出射聚光鏡22耦合到第二出射光纖21中，進(jìn)行傳輸；
最后，通過測(cè)量光室10和參考光室11之間的比對(duì)實(shí)現(xiàn)雙光束探測(cè)，提高測(cè)量結(jié)果的精度。所述測(cè)量光室10和參考光室11的光程差可選范圍為0. 5 — 30mm。 所述UVLED陣列的作用是提供所需紫外光譜作為光源；所述準(zhǔn)直鏡的作用是把UVLED陣列匯聚透射成為平行光速，保證了光束在測(cè)量光室或參考光室中更好的傳輸。所述傳感器本體的作用是通過測(cè)量光室和參考光室之間的比對(duì)實(shí)現(xiàn)雙光束探測(cè)，提高測(cè)量結(jié)果的精度，其中經(jīng)過測(cè)量光室的探頭傳感部分開凹槽，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)在線檢測(cè)。所述入射光纖和出射光纖的作用是提高紫外區(qū)域波長(zhǎng)的光束在光纖中的連續(xù)導(dǎo)光效率，克服一般光纖對(duì)紫外光束導(dǎo)光效率低的缺點(diǎn)。所述密封插件12的作用是方便參考光室中參考溶液能夠便捷的進(jìn)行更換，以保證參考測(cè)量溶液的質(zhì)量。其中，光源驅(qū)動(dòng)把220v的電壓轉(zhuǎn)化成為UVLED陣列所需要的穩(wěn)定壓降，驅(qū)動(dòng)UVLED陣列發(fā)光，UVLED陣列經(jīng)過聚光鏡把光源耦合到入射光纖，入射光纖傳輸光束到測(cè)量光室或參考光室時(shí)經(jīng)過準(zhǔn)直鏡耦合到其中，光通過測(cè)量光室或參考光室被池中溶液吸收后，被聚光鏡耦合到出射光纖中，進(jìn)行傳輸。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述UVLED陣列選取所需光譜的LED燈通過并聯(lián)排列成為L(zhǎng)ED陣列，以提供所需紫外光譜段的光源。LED這種光源具有體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定，以LED陣列作為光源使得傳感器結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，并且大大減小了光源的體
積和重量。 所述傳感器本體采用了測(cè)量光室和參考光室的比對(duì)實(shí)現(xiàn)了雙光束探測(cè)，將傳感器浸入到測(cè)量溶液中去，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水質(zhì)的浸入式、在線檢測(cè)，參考光室配置標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用測(cè)量光室和參考光室的比對(duì)以提高測(cè)量結(jié)果的精度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述入射光纖4和出射光纖I的作用是提高紫外區(qū)域波長(zhǎng)的光束在光纖中的連續(xù)導(dǎo)光效率，克服了一般光纖對(duì)紫外光束導(dǎo)光效率低的缺點(diǎn)。本發(fā)明基于絕大部分有機(jī)物在紫外波段的吸收光譜上皆有所反映，但不同有機(jī)物在紫外波段同一波長(zhǎng)處，以及相同有機(jī)物在紫外波段不同波長(zhǎng)處的吸光度是不同的原理，本發(fā)明采用多個(gè)LED陣列光源形成連續(xù)波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)COD的連續(xù)波長(zhǎng)檢測(cè)。采用雙光束作比對(duì)，提高測(cè)量精度。
權(quán)利要求
1.一體化雙光束水質(zhì)COD在線檢測(cè)傳感器，其特征在于，包括傳感器本體(9)、測(cè)量光室(10)和檢測(cè)光路；所述測(cè)量光室(10)為在傳感器本體(9)中部開設(shè)的矩形凹槽，所述測(cè)量光室(10)沿傳感器本體(9)軸向的兩側(cè)壁上設(shè)有在同一直線上的準(zhǔn)直鏡(3)和出射聚光鏡(2);所述檢測(cè)光路由處于同一直線上的傳感器光源、入射聚光鏡(5)、入射光纖(4)、準(zhǔn)直鏡(3)、出射聚光鏡(2)和出射光纖(I)構(gòu)成；所述傳感器光源為UVLED陣列(6)，傳感器光源經(jīng)過入射聚光鏡(5)、入射光纖(4)傳輸光到測(cè)量光室(10)經(jīng)過準(zhǔn)直鏡(3)稱合,光束再通過測(cè)量光室(10)被待測(cè)溶液吸收，經(jīng)出射聚光鏡(2)耦合到出射光纖(I)中，進(jìn)行傳輸; 在傳感器本體(9)中部還設(shè)有與所述測(cè)量光室(10)長(zhǎng)度相同和軸向位置相同參考光室(11 )，所述參考光室(11)上還設(shè)有密封插件(12 );在參考光室(11)兩側(cè)壁上設(shè)有在同一直線上的第二準(zhǔn)直鏡(23)和第二出射聚光鏡(22);對(duì)應(yīng)所述參考光室(11)還設(shè)有第二檢測(cè)光路，所述第二檢測(cè)光路由處于同一直線上的第二傳感器光源UVLED陣列(26)、第二入射聚光鏡(25)、第二入射光纖(24)、第二準(zhǔn)直鏡(23)、第二出射聚光鏡(22)和第二出射光纖(21)構(gòu)成；第二傳感器光源UVLED陣列(26)經(jīng)第二入射聚光鏡(25)、第二入射光纖(24)傳輸光到參考光室(11)經(jīng)過第二準(zhǔn)直鏡(23)耦合，光束通過參考光室(11)被標(biāo)準(zhǔn)溶液吸收后，經(jīng)第二出射聚光鏡(22)耦合到第二出射光纖(21)中，進(jìn)行傳輸； 最后通過測(cè)量光室(10)和參考光室(11)之間的比對(duì)實(shí)現(xiàn)雙光束探測(cè)，提高測(cè)量結(jié)果的精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一體化雙光束水質(zhì)COD在線檢測(cè)傳感器，其特征在于，所述傳感器光源UVLED陣列(6、26)由4飛個(gè)對(duì)稱排列的紫外LED燈組成，由驅(qū)動(dòng)裝置(7)驅(qū)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一體化雙光束水質(zhì)COD在線檢測(cè)傳感器，其特征在于，所述測(cè)量光室(10)和參考光室(11)的光程差可選范圍為0. 5 — 30mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一體化雙光束水質(zhì)COD在線檢測(cè)傳感器，其特征在于，所述傳感器本體(9)為條狀結(jié)構(gòu)，其斷面為圓形或矩形。
全文摘要
本發(fā)明提供一體化雙光束水質(zhì)COD在線檢測(cè)傳感器，所述傳感器本體上設(shè)有UVLED陣列、測(cè)量光室、參考光室和檢測(cè)光路；所述UVLED陣列由偶數(shù)個(gè)對(duì)稱排列的LED燈組成，由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)；UVLED陣列與檢測(cè)光路中心處于一條直線上；所述測(cè)量光室為在傳感器本體的中部開設(shè)的矩形凹槽，沿傳感器本體軸向的凹槽兩側(cè)壁上設(shè)有在同一直線上的準(zhǔn)直鏡和出射聚光鏡；參考光室與所述傳感器本體上設(shè)有第二UVLED陣列和第二檢測(cè)光路中心處于一條直線上。本發(fā)明采用了LED陣列作為傳感器的光源，使得傳感器結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化；大大減小了傳感器的體積和重量，采用了測(cè)量光室和參考光室組提高了水質(zhì)檢測(cè)的精度；該傳感器是浸入式一體化傳感器使其能夠?qū)λ|(zhì)的在線檢測(cè)，使測(cè)量更加方便化。
文檔編號(hào)G01N21/33GK102798602SQ20121028618
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者米德伶, 湯斌, 余小柳, 魏彪 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)