CN102393405A

CN102393405A - 水质浊度检测装置及检测方法

Info

Publication number: CN102393405A
Application number: CN2011103715642A
Authority: CN
Inventors: 黎洪松; 刘俊
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2012-03-28

Abstract

本发明为水质浊度检测装置及检测方法。本装置包括传感探头、晶体振荡电路和频率采集电路，传感探头包括石英谐振晶片和壳体，整体的比重小于水，石英谐振晶片嵌于壳体底面，其连接线由壳体上部绝缘引出。石英谐振晶片作为电感元件接入晶体振荡电路。本水质浊度的检测方法使用本发明装置，步骤如下：I传感探头置于待测水体表面；II从频率采集检测电路得到本传感探头在待测水体产生的频率值，III水质浊度判断，当所测水体对应频率小于或等于合格自来水对应频率时，此水浊度合格。本发明可迅速方便地对水质实时监测，保障用水安全；性能稳定、灵敏度高，不易受环境影响；可用于自来水滤池出水浊度检测。

Description

水质浊度检测装置及检测方法

(一)技术领域

本发明涉及水质检测技术领域，具体为一种水质浊度检测装置及检测方法。

(二)背景技术

环境保护是与人民生活和持续发展密切相关的头等大事，各处水体水质检测的问题也日益受到重视。

自来水处理后的水质浊度的检测是一个有待急需解决的重要问题。

自来水厂主要以河流、湖泊、水库等为供水水源，采用的处理工艺为：混凝→沉淀→过滤→消毒。混凝处理是通过混凝剂的作用将水中胶体和悬浮物等杂质聚结成矾花。沉淀和过滤将矾花从所处理的水中分离出去，最后进行消毒处理。混凝处理的对象包括泥沙等无机物，腐殖质和植物残体等有机物，还包括地表水源水中的病原菌、病毒、致病性原生动物和藻类等微生物等，这些杂质均可不同程度地被结合到矾花中。如贾第虫和隐孢子虫等致病性原生动物的个体大，单纯的常规氯消毒法无法将其杀死，必须得依靠用混凝、沉淀、过滤等所组成的澄清处理法去除。病毒不具有细胞结构和酶系统，是一种近于无生命的微生物，对常规氯消毒处理的抵抗能力也很强，也主要依靠澄清处理法去除。只有病原菌用常规氯消毒法处理较可靠。因此水的消毒处理效果在很大程度上有赖于澄清处理效果，而澄清处理效果是用滤池出水的浊度表示。因此水的浊度是自来水水质检测标准的一项重要指标，对浊度检测的准确度直接影响自来水处理效果，自来水处理的好坏又直接关系到人民的身体健康，因此对水质浊度的检测显得尤其的重要。

目前，水的浊度分为透射光浊度和散射光浊度两种。透射光浊度表达的是一种光学效应，表示光线通过浑水层时受到水中颗粒物阻碍的程度。浑水层被可见光照射时，只有一部分光线能通过，通过浑水层的这部分光线称为透射光，其余的光线被水中的胶体微粒和悬浮物颗粒吸收和反射失去了。胶体微粒的粒径范围为1nm至0.1μm，远小于可见光的波长(可见光的波长范围为0.4～0.76μm)，被可见光照射时不会发生光的反射，但会吸收光线(吸收的光线被转变成向各个方向发射的散射光)，但吸收的光线很弱，所以对透射光强度的影响可以忽略。阻碍光线通过浑水层的主要是粒径大于可见光波长的悬浮物颗粒，这些颗粒被可见光照射时会发生光的反射。因此，透射光浊度表达的是水中粒径大于可见光波长的悬浮物颗粒的浓度，悬浮物颗粒的浓度越高，水的透明度便越低，透射光浊度便越高。测定透射光浊度的方法有多种，其中比浊法需要配置标准浑浊液，过程复杂；光电浊度计最方便并且准确，可仪器昂贵，不适于大量推广。散射光浊度表达的是水中胶体微粒的浓度，胶体微粒是多分子聚集体，在暗室内被一束强光(例如弧光)照射时，微粒内原子中的电子便发生强迫振动而成了新的发光体，往各方向发射电磁波，由此产生散射光。无数个发光体的综合便产生丁铎尔现象(或称为丁铎尔效应)，但需要用超显微镜才能观察到此现象。水中胶体微粒浓度越高，散射光越强。悬浮物颗粒和真溶液中的小分子被可见光照射时所发射的散射光非常微弱，可不计，所以散射光浊度表达的是水中胶体微粒的浓度。

在1995年以前，我国给水处理中和生活饮用水卫生标准中采用的是透射光浊度，此后改用散射光浊度。由于透射光浊度表达的是悬浮物颗粒的浓度而散射光浊度表达的是胶体的浓度，因此同一水样的透射光浊度和散射光浊度之间没有相关性和对应关系。其散射光浊度低，只能表明源水中的胶体和混凝剂水解生成的水不溶物胶体在澄清处理中已充分完全地聚结到絮凝体中除去了，但并不能据此判断和确定透射光浊度的高低。

贾第虫、隐孢子虫等致病性原生动物和悬浮物微粒或微絮凝体的处理效果要用滤池出水的透射光浊度表达。但现在的饮用水标准中只有检测滤池出水的散射光浊度的规定，存在安全隐患。但滤池出水的透射光浊度降低到怎样的程度才能满足氯消毒对澄清处理效果的要求，仍有待解决。

美国的《饮用水水质标准》中，“浑浊度”这一水质项目中也未标具体数值，只规定在自来水处理中滤池出水的散射光浊度任何时候都不得超过5NTU。关键的透射光浊度的具体数值也尚未确定。

综上所述，目前还缺少一种检测迅速、性能稳定、灵敏度高、成本低且能兼顾散射光浊度和透射光浊度的水质浊度检测器具和检测方法。

(三)发明内容

本发明的目的在于设计一种基于石英谐振原理的水质浊度检测装置及其检测方法，采用石英谐振晶片制作传感探头，快速和无污染地对水质进行检测。

石英谐振晶片的共振频率与其表面吸附的被测物质量、被测水的介电常数和磁导率相对应，在不同被测水体中，晶片表面吸附物的质量不同、水体对晶片振动的阻尼大小不同、介电常数和磁导率不同，从而使得振荡电路中石英谐振晶片的共振频率发生迁移，根据振荡电路的输出频率即可得到不同水体的杂质含量，杂质包括泥沙等无机物，腐殖质和植物残体等有机物，还包括细菌、病毒、致病性原生动物和藻类等微生物。

本发明设计的水质浊度检测装置包括传感探头、振荡电路和频率采集显示电路，传感探头包括石英谐振晶片和壳体，壳体及石英谐振晶片整体的比重小于水的比重，石英谐振晶片嵌于壳体底面，二者连接面密封、不透水，石英谐振晶片电极的连接线由壳体上部绝缘引出。所述振荡电路为晶体振荡电路，晶体振荡电路是以传感器探头的石英谐振晶片作为电感元件的三点式振荡电路，传感探头的石英谐振晶片的电极接入三点式振荡电路三极管的基极，晶体振荡电路的输出端连接频率采集检测电路。

所述石英谐振晶片为直径4mm～20mm，厚0.2mm～2mm的薄片。

防水材料制成的底环，其内径小于石英谐振晶片的直径，石英谐振晶片固定于底环上，二者连接面密封、不透水；壳体底部中心有大于石英谐振晶片直径、小于底环外径的孔，底环固定于壳体底部，二者连接面密封、不透水，石英谐振晶片在壳体底面孔中露出。

壳体外表面覆盖防水金属层，防水并屏蔽外界电磁干扰。例如壳体表面可涂覆水性金属漆。

使用本水质浊度检测装置的水质浊度检测方法的具体步骤如下：

I、水质浊度检测装置的传感器探头置于待测水体表面

因水质浊度检测装置的传感器探头壳体比重小，本壳体底面向下置于待测水体，传感探头浮在水体表面，处于壳体底面的石英谐振晶片仅底面与水接触；

II、频率检测

接通电源，从频率采集检测电路得到传感探头在待测水体使晶体振荡电路所产生的频率值，作为水质浊度检测参考值。

III、水质浊度判断

水体的水质浊度与对应的频率成正比，步骤II所测得的频率越大，水质浊度越高，水质越差。

选取农田水、池塘水、自来水、矿泉水、纯净水作为本水质检测传感器检测比较样本，测得在这些水体的本水质检测传感器对应的检测电路频率是依次降低的。以合格的自来水对应的频率为标准，当步骤II所测水体对应频率小于或等于自来水对应的频率时，此水水质浊度为合格，可用于生活饮用，反之说明浊度不合格、水质较差，不能直接作为生活饮用水。

本发明水质浊度检测装置及其检测方法的优点为：1、无需使用任何生化膜修饰，单纯依靠石英谐振晶片的物理性质即可迅速方便地对日常生活用水和工业用水进行实时监测，保障人们日常用水安全，及时发现水体的污染；2、检测迅速、性能稳定、灵敏度高，且不易受温度、压力等环境因素变化的影响；3、可用于自来水厂滤池出水的浊度检测，本水质浊度的检测方法所得的水质浊度同时反映了水中的悬浮物颗粒浓度和胶体浓度，从而同时表达了水的散射光浊度和透射光浊度，更有利于保证自来水的健康安全；4、本水质检测装置的传感探头的壳体仅为数立方厘米，体积小重量轻，便于携带；5、传感探头可采用现有的石英谐振晶片批量生产，结构简单、成本低，便于推广应用。

(四)附图说明

图1为本水质浊度检测装置实施例电路示意图；

图2为本水质浊度检测装置实施例传感探头的立体结构示意图；

图3为本水质浊度检测装置实施例传感探头的底面仰视图；

图4为本水质浊度检测装置实施传感探头的纵剖面示意图；

图5为本水质浊度的检测方法实施例传感探头放置水中情况示意图；

图6为本水质浊度的检测方法实施例检测不同水体对应频率曲线图。

图内标号为：1、石英谐振晶片，2、壳体，3、底环，4、连接线。

(五)具体实施方式

水质浊度检测装置实施例

本例检测装置包括传感探头、晶体振荡电路和频率采集显示电路，电路如图1所示，所述晶体振荡电路为以传感器探头的石英谐振晶片1作为电感元件的三点式振荡电路，传感探头的石英谐振晶片电极接入三点式振荡电路三极管的基极，晶体振荡电路的输出端连接频率采集检测电路。

本例的传感探头如图2至图4所示，包括石英谐振晶片1和壳体2、底环3，石英谐振晶片为直径5mm，厚1mm的薄片。壳体2为40mm×40mm×10mm的长方体泡沫塑料，中心有直径15mm的孔，底环3为塑料环片，其外径为20mm、内径为4mm。石英谐振晶片1粘接固定于底环3上，底环3粘接于壳体2内底面中心孔上，连接面均密封、不透水，石英谐振晶片1、底环3和壳体2三者的中心线重合。壳体2外表面覆盖有防水金属漆层。石英谐振晶片1电极的连接线4由壳体2上部绝缘引出。

水质浊度的检测方法实施例

本检测方法实施例使用上述实施例的水质浊度检测装置。

具体的检测方法步骤如下：

I、水质浊度检测装置的传感探头置于待测水体表面

因传感探头的壳体2比重小，本水质浊度检测装置的传感器探头壳体2底面向下置于待测水体，传感探头浮在水体表面，处于壳体2底面的石英谐振晶片1仅底面与水接触，如图5所示；

II、频率检测

接通电源，从频率采集检测电路得到本水质浊度检测传感器在待测水体时振荡电路所产生的频率值，作为水质浊度检测参考值。

III、水质浊度判断

水体的水质浊度与对应的频率成正比，步骤II测得的频率越大，所测水体的水质浊度越高，水质越差。

选取农田水、池塘水、自来水、矿泉水、纯净水作为本水质浊度检测传感器检测比较样本，测得在这些水体的本水质浊度检测传感器对应的检测电路频率如图6所示。

以合格自来水对应的频率50Hz为界限，当步骤II所测水体对应频率小于或等于50Hz时，此水的水质浊度合格，可用于生活饮用；反之说明水质浊度不合格，不能直接作为生活饮用水。

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.水质浊度检测装置，包括传感探头、振荡电路和频率采集显示电路，其特征在于：

所述传感探头包括石英谐振晶片(1)和壳体(2)，壳体(2)及石英谐振晶片(1)整体的比重小于水的比重，石英谐振晶片(1)嵌于壳体(2)底面，石英谐振晶片(1)和壳体(2)的连接面密封、不透水；石英谐振晶片(1)电极的连接线(4)由壳体(2)上部绝缘引出；所述振荡电路为晶体振荡电路，晶体振荡电路是以传感器探头的石英谐振晶片(1)作为电感元件的三点式振荡电路，传感探头的石英谐振晶片(1)的电极接入三点式振荡电路三极管的基极，晶体振荡电路的输出端连接频率采集检测电路。

2.根据权利要求1所述的水质浊度检测装置，其特征在于：

所述石英谐振晶片(1)为直径4mm～20mm，厚0.2mm～2mm的薄片。

3.根据权利要求1或2所述的水质浊度检测装置，其特征在于：

防水材料制成的底环(3)，其内径小于石英谐振晶片(1)的直径，石英谐振晶片(1)固定于底环(3)上，石英谐振晶片(1)和底环(3)的连接面密封、不透水；壳体(2)底部中心有大于石英谐振晶片(1)直径、小于底环(3)外径的孔，底环(3)固定于壳体(2)底部，底环(3)和壳体(2)的连接面密封、不透水；石英谐振晶片(1)在壳体(2)底面孔中露出。

4.根据权利要求1或2所述的水质浊度检测装置，其特征在于：

所述壳体(2)外表面覆盖防水金属层。

5.根据权利要求1或2所述的水质浊度检测装置，其特征在于：

所述壳体(2)外表面涂覆水性金属漆。

6.采用权利要求1或2所述的水质浊度检测装置的水质浊度的检测方法，其特征在于具体使用步骤如下：

I、水质浊度检测装置的传感器探头置于待测水体表面

本水质浊度检测装置的传感探头壳体(2)底面向下置于待测水体、浮在水体表面，处于壳体(2)底面的石英谐振晶片(1)底面与水接触；

II、频率检测

接通电源，从频率采集检测电路得到传感探头在待测水体时晶体振荡电路所产生的频率值，作为水质浊度检测参考值；

III、水质浊度判断

以合格的自来水对应的频率为标准，当步骤II所测水体对应频率小于或等于合格的自来水对应的频率时，此水水质浊度为合格，反之水质浊度不合格。