CN104111313A

CN104111313A - 水质传感器

Info

Publication number: CN104111313A
Application number: CN201310131096.0A
Authority: CN
Inventors: 潘仲琦; 李文
Original assignee: Suzhou Yuling Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Yuling Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2014-10-22

Abstract

本发明揭示了一种水质传感器，包括壳体以及安装在壳体上的光学窗口，水质传感器还包括紫外光发射源、以及用作紫外光传播介质的介质部，紫外光发射源和介质部被如此配合设置以使自紫外光发射源发射的紫外光至少部分在光学窗口内被全内反射。本发明提供的水质传感器通过设置紫外光发射源，利用紫外光发射源发射的紫外光防止并去除可能附着在光学窗口上的生物污染，并且，利用光的全内反射，将紫外光全部“圈在”光学窗口内部，增加了紫外光的总照射强度，使得水质传感器具有更长时间抵御生物污染的能力，增加了水质传感器的现场连续使用时间，且结构简单，成本较低。

Description

水质传感器

技术领域

本发明属于环境传感器制造技术领域，具体涉及一种水质传感器。

背景技术

水质传感器用于监测各种环境中水体的质量，通常地，例如包括监测水体的浑浊度、PH值、溶解氧、导电率、温度、盐分等指数。由于水质传感器需要长期被配置于水体环境中，不可避免地，动、植物等生物污染可能大量积累于传感器上，从而影响传感器的精准度。

现有设计中，已经开发了多种防止生物污染在传感器上积累的方法：较为常见的一种是在传感器上装配由电机马达带动的刷子或海绵垫子，通过机械作动完成对传感器表面的清理，但其缺点是体积较大，且电机耗电量很大，并且，更加致命地，由于此类水质传感器通常配置有光学窗口，刷子或垫子在对传感器进行清理的同时，会对光学窗口造成损伤，严重影响传感器的正常使用；另一种较多使用的方法是采用防生物污染涂料，这种涂料含有活性生物灭杀剂，例如铜的化合物、氧化铜等，这种涂料常用于保护传感器的外壳，但却无法直接应用在光学窗口表面，不能直接对光学窗口形成保护，故需要额外的遮蔽机构来专门保护光学窗口，使得传感器的设计变得复杂化，增加生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水质传感器，其可以以较低的成本、较小的能耗实现水质传感器光学窗口的生物污染防护。

为实现上述发明目的，本发明提供一种水质传感器，包括壳体以及安装在所述壳体上的光学窗口，所述水质传感器还包括紫外光发射源、以及用作紫外光传播介质的介质部，所述紫外光发射源和所述介质部被如此配合设置以使自紫外光发射源发射的紫外光至少部分在所述光学窗口内被全内反射。

作为本发明的进一步改进，所述水质传感器包括控制单元，所述控制单元至少用于控制所述紫外光发射源发射的紫外光的强度及频率。

作为本发明的进一步改进，所述紫外光发射源和所述光学窗口之间还设置有与所述介质部相连的光线传导装置。

作为本发明的进一步改进，在所述光学窗口内全内反射的紫外光的波长范围为250nm~350nm。

作为本发明的进一步改进，在所述光学窗口内全内反射的紫外光的强度为200J/m²。

作为本发明的进一步改进，所述紫外光发射源包括紫外线灯管或紫外LED。

上述发明目的还可以通过以下技术方案实现，提供一种水质传感器，包括壳体以及安装在所述壳体上的光学窗口，所述水质传感器还包括紫外光发射源、以及与所述光学窗口相连的导光管，自所述紫外光发射源发射的紫外光通过所述导光管入射所述光学窗口，所述紫外光发射源被如此设置以使自其发射的紫外光入射所述光学窗口时的入射角大于arcsin（n1/n2）；其中，n1为所述水质传感器被配置于的水体的折射率，n2为所述光学窗口的折射率。

作为本发明的进一步改进，所述导光管与光学窗口夹呈的角小于90°-arcsin（n1/n2）。

上述发明目的还可以通过以下技术方案实现，提供一种水质传感器，包括壳体以及安装在所述壳体上的光学窗口，其特征在于，所述光学窗口包括窗口部以及与所述窗口部连接的导光部，所述水质传感器还包括紫外光发射源，自所述紫外光发射源发射的紫外光通过所述导光部入射所述窗口部，所述紫外光发射源被如此设置以使自其发射的紫外光入射所述窗口部时的入射角大于arcsin（n1/n2）；其中，n1为所述水质传感器被配置于的水体的折射率，n2为所述光学窗口的折射率。

作为本发明的进一步改进，所述光学窗口的导光部与窗口部夹呈的角小于90°-arcsin（n1/n2）。

与现有技术相比，本发明提供的水质传感器通过设置紫外光发射源，利用紫外光发射源发射的紫外光防止并去除可能附着在光学窗口上的生物污染，并且，利用光的全内反射，将紫外光全部“圈在”光学窗口内部，增加了紫外光的总照射强度，使得水质传感器具有更长时间抵御生物污染的能力，增加了水质传感器的现场连续使用时间，且结构简单，成本较低。

附图说明

图1是本发明水质传感器一实施方式的结构示意图；

图2是本发明水质传感器实施例一的结构示意图；

图3是本发明水质传感器实施例二的结构示意图；

图4是本发明水质传感器一实施方式中，采用紫外线灯管作为紫外光发射源时发射的紫外光的光谱分布图；

图5是本发明水质传感器一实施方式中，采用紫外LED作为紫外光发射源时发射的紫外光的光谱分布图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参图1，介绍本发明水质传感器的一具体实施方式。在本实施方式中，该水质传感器100包括壳体10、光学窗口20、紫外光发射源30、以及介质部40。

壳体10内部定义有装配空间（未标示），光学窗口20安装在壳体10上，一般地，邻近光学窗口20处还设置有传感器芯片60用以感测环境水体的相关参数，紫外光发射源30和介质部40被如此配置以使自紫外光发射源30发射的紫外光至少部分在光学窗口20内被全内反射（参见图1中箭头线所示的紫外光线在光学窗口20内的传播路径）。

为了实现紫外光至少部分在光学窗口20内被全内反射，介质部40的折射率需大于等于水质传感器工作水体的折射率，并且，介质部40的折射率等于光学窗口20的折射率时，可以保证紫外光最大程度地在光学窗口20内的全内反射（光学窗口20的折射率大于水体的折射率）。

为了集成化水质传感器100的设计，紫外光发射源30被设置于装配空间内，从整体上减小了水质传感器100的体积，实现小型化。当然，在一些替换的实施方式中，可能通过将紫外光发射源30配置在装配空间之外，以达到相同的技术效果，这种变劣的实施方式仍应当属于本发明的保护范围之内。

紫外光在光学窗口20内被全内反射避免了紫外光穿透光学窗口20耗散在其工作的水体环境中，相当于将紫外光“圈在”光学窗口20内部，增加了紫外光在光学窗口20处的总照射强度，提高了水质传感器100防止生物污染的能力。

多种更加具体的实施例可被提供用于实现自紫外光发射源30发射的紫外光在光学窗口20内的全内反射，以下示范性地介绍两个实施例用于更好地阐述本发明。

实施例一

参图2，水质传感器100’包括壳体10’以及安装在壳体10’上的光学窗口20’，该水质传感器100’还包括紫外光发射源30’、以及与光学窗口20’相连的导光管40’，自紫外光发射源30’发射的紫外光通过导光管40’入射光学窗口20’，并且，紫外光发射源30’被如此设置以使其发射的紫外光入射光学窗口20’时的入射角大于arcsin（n1/n2）;其中，n1为水质传感器100’被配置于的水体的折射率，n2为光学窗口20’的折射率。

这里，默认优选地设置导光管40’与光学窗口20’连接处为紧密配合，保证紫外光在自导光管40’进入光学窗口20’时不会被空气折射。并且，导光管40’采用实心柱体状构造，以使紫外光可以在导光管40’本体内传播，而非是可能的实施例中，在导光管40’内部构造成的中空环境中传播。

更进一步地，导光管40’与光学窗口20’采用相同的材质，以保证导光管40’与光学窗口20’具有相同的折射率，使得以特定角度发射的紫外光能够以不被改变的角度进入光学窗口20’内部，实现在光学窗口20’内的全反射。当然，在一些替换的实施方式中，也可以采用折射率大于光学窗口20’的材质制作导光管40’，此时不可避免地，紫外光会至少有一部分被光学窗口20’所反射，虽然可以通过配置紫外光发射的特定角度使得部分折射进光学窗口20’内的紫外光被全内反射，但明显地，紫外光的照射强度会不可避免地被削弱，因此，此种实施方式也应当视为一种在本发明技艺精神基础上变劣的实施方式。

arcsin（n1/n2）为使紫外光可以在光学窗口20’内发生全内反射的临界角度，紫外光的入射角度可以通过具体配置紫外光发射源30’的角度实现。通常地，水质传感器100’所工作于的环境水体的折射率n1范围在1.33~1.37之间，而制作光学窗口20’的材质通常采用玻璃，其折射率n2范围在1.45~2.0之间（一般地，光学窗口20的折射率大于水体的折射率）。在制作水质传感器100’时，仅可能控制采用的光学窗口20’的折射率n2，而不能确定具体工作的水体的折射率，故，在一些实施方式中，可以假设水体折射率n1取极大值，从而获得一始终可以保证紫外光在光学窗口20’内全内反射时，紫外光发射源30’被相应配置的角度；而在又一些实施方式中，也可以通过设置额外的机构，使得紫外光发射源30’的发射角度可调节，以灵活适应各种不同折射率的水体环境。

作为一优选的实施例，导光管40’与光学窗口20’夹呈的角小于90°-arcsin（n1/n2），并且适应地，与紫外光发射源30’发射的紫外光的角度一致，保证紫外光在导光管40’内以一相对导光管40’轴心不偏移的方向传播。

实施例二

参图3，水质传感器100’’包括壳体10’’以及安装在壳体10’’上的光学窗口20’’，光学窗口20’’包括窗口部21’’以及与窗口部21’’连接的导光部22’’，该水质传感器100’’还包括紫外光发射源30’’，自紫外光发射源30’’发射的紫外光通过导光部22’’入射窗口部21’’，并且，紫外光发射源30’’被如此设置以使其发射的紫外光入射窗口部21’’时的入射角大于arcsin（n1/n2）;其中，n1为水质传感器100’’被配置于的水体的折射率，n2为光学窗口20’’的折射率。

光学窗口20’’的导光部22’’充当紫外光进入窗口部21’’的传播介质，使得紫外光发射源30’’发射的紫外光可以按照预定的角度进入窗口部21’’，而不会在自导光部22’’进入窗口部21’’时被折射，保证紫外光发射源30’’配置角度的简易可控，降低水质传感器100’’的设计难度。

作为又一优选的实施例，光学窗口20’’的导光部22’’与窗口部21’’夹呈的角小于90°-arcsin（n1/n2），并且适应地，与紫外光发射源30’’发射的紫外光的角度一致，保证紫外光在导光部22’’内以一相对导光部22’’轴心不偏移的方向传播。

应当理解的是，上述两个实施例仅仅是针对介绍如何配置紫外光发射源、介质部、及光学窗口的相对关系，从而保证紫外光在光学窗口内实现全内反射的示范性的实施例，本领域普通技术人员可以在上述实施例的基础上，作出一些可轻易联想到的改进。

继续参照图1，作为优选的实施方式，水质传感器100包括控制单元50，该控制单元50可至少用于控制紫外光发射源30发射的紫外光的强度及频率，以适应不同的水体环境。

为了使紫外光发射源30发射的紫外光可以以较佳的状态入射光学窗口20，在紫外光发射源30和光学窗口20之间还设置有与介质部40连接的光学传导装置（图未示），例如光学透镜、准直器等，通过这些光线传导装置可以使得紫外光以最大的效率耦合入光学窗口20，减少能量损耗。

波长小于300nm的深紫外是灭杀生物的最佳波长范围，在本实施方式中，设置在光学窗口20内全内反射的紫外光的波长为250nm~350nm，以综合考量防生物污染的效果及制造成本，一般地，在光学窗口20内全内反射的紫外光的强度为200 J/m²，当然，针对一些实施方式，可以设置紫外光强度在涵盖200 J/m²的一预定范围内可调节。

紫外光发射源30可以例如包括紫外线灯管或紫外LED以提供紫外光照射，图4、图5所示分别为本发明水质传感器100采用的紫外线灯管和紫外LED作为紫外光发射源时的光谱分布图，如图所示，这两种方式都可以较佳地实现水质传感器100光学镜头的防污染功能。

本发明通过上述实施方式具有以下有益效果：本发明提供的水质传感器通过设置紫外光发射源，利用紫外光发射源发射的紫外光防止并去除可能附着在光学窗口上的生物污染，并且，利用光的全内反射，将紫外光全部“圈在”光学窗口内部，增加了紫外光的总照射强度，使得水质传感器具有更长时间抵御生物污染的能力，增加了水质传感器的现场连续使用时间，且结构简单，成本较低。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种水质传感器，包括壳体以及安装在所述壳体上的光学窗口，其特征在于，所述水质传感器还包括紫外光发射源、以及用作紫外光传播介质的介质部，所述紫外光发射源和所述介质部被如此配合设置以使自所述紫外光发射源发射的紫外光至少部分在所述光学窗口内被全内反射。

2.根据权利要求1所述的水质传感器，其特征在于，所述水质传感器包括控制单元，所述控制单元至少用于控制所述紫外光发射源发射的紫外光的强度及频率。

3.根据权利要求1所述的水质传感器，其特征在于，所述紫外光发射源和所述光学窗口之间还设置有与所述介质部相连的光线传导装置。

4.根据权利要求1所述的水质传感器，其特征在于，在所述光学窗口内全内反射的紫外光的波长范围为250nm~350nm。

5.根据权利要求1所述的水质传感器，其特征在于，在所述光学窗口内全内反射的紫外光的强度为200J/m²。

6.根据权利要求1所述的水质传感器，其特征在于，所述紫外光发射源包括紫外线灯管或紫外LED。

7.一种水质传感器，包括壳体以及安装在所述壳体上的光学窗口，其特征在于，所述水质传感器还包括紫外光发射源、以及与所述光学窗口相连的导光管，自所述紫外光发射源发射的紫外光通过所述导光管入射所述光学窗口，所述紫外光发射源被如此设置以使自其发射的紫外光入射所述光学窗口时的入射角大于arcsin（n1/n2）；其中，n1为所述水质传感器被配置于的水体的折射率，n2为所述光学窗口的折射率。

8.根据权利要求7所述的水质传感器，其特征在于，所述导光管与光学窗口夹呈的角小于90°-arcsin（n1/n2）。

9.一种水质传感器，包括壳体以及安装在所述壳体上的光学窗口，其特征在于，所述光学窗口包括窗口部以及与所述窗口部连接的导光部，所述水质传感器还包括紫外光发射源，自所述紫外光发射源发射的紫外光通过所述导光部入射所述窗口部，所述紫外光发射源被如此设置以使自其发射的紫外光入射所述窗口部时的入射角大于arcsin（n1/n2）；其中，n1为所述水质传感器被配置于的水体的折射率，n2为所述光学窗口的折射率。

10.根据权利要求7所述的水质传感器，其特征在于，所述光学窗口的导光部与窗口部夹呈的角小于90°-arcsin（n1/n2）。