CN106645032A - 一种荧光法多参数水质电极 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种荧光法多参数水质电极，其包括传感器单元、控制单元、防水接头及密封组件；其中，所述传感器单元集成于密封组件上；所述控制单元位于密封组件内，其电性连接传感器单元；所述防水接头安装于密封组件的一端。本发明的荧光法多参数水质电极具有测量准确、实时反映、功耗低、监测因子多、无需试剂等特点，即可用于环境在线监测，也可电池供电用于便携监测，可根据现场需要自由组合不同的水质传感器，以满足不同场合的应用。

Description

一种荧光法多参数水质电极

【技术领域】

本发明涉及一种水质监测设备，具体涉及一种荧光法多参数水质电极，属于环境监测设备技术领域。

【背景技术】

随着工业化进程的加快和城市化水平的不断提高，水质污染日益严重，如何保护水资源并对污水排放进行在线监控，已成为国家可持续性发展的重要国策之一。传统的环境水质监测工作主要以人工现场采样、实验室仪器分析为主，实验室分析存在测量频次低、采样误差大、不能及时反映污染变化等缺陷，难以满足政府和企业有效管理水环境的需求。为准确测量水体中污染物浓度，及时掌握水质状况，监督总量排放和达标情况，需要发展水质在线监测技术。

目前我国的水质在线监测设备以机柜式为主，多采用化学分析原理，需要使用多种试剂并可能产生二次污染，此外还有测量时间较长、检测因子单一等不足。

因此，为解决上述问题，确有必要提供一种创新的荧光法多参数水质电极，以克服现有技术中的所述缺陷。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种实时在线监测多种因子，无需试剂，无二次污染的荧光法多参数水质电极。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种荧光法多参数水质电极，其包括传感器单元、控制单元、防水接头及密封组件；其中，所述传感器单元集成于密封组件上；所述控制单元位于密封组件内，其电性连接传感器单元；所述防水接头安装于密封组件的一端。

本发明的荧光法多参数水质电极进一步为：所述密封组件由密封组件外壳、电池、电池箱盖、传感器安装座、校准池和校准底座组成；所述电池与控制单元连接，并能为控制单元供电；所述传感器底座上集成若干传感器单元。

本发明的荧光法多参数水质电极进一步为：所述传感器单元具体为pH传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、叶绿素传感器、蓝绿藻传感器以及水中油传感器；上述传感器能自由组合，最多可集成7个传感器单元。

本发明的荧光法多参数水质电极进一步为：所述传感器单元包括多芯连接器、传感器单元外壳、传感器单元密封O圈、传感器单元锁紧螺栓；所述多芯连接器与传感器安装座接头连接；所述传感器单元外壳采用耐腐蚀性材料；所述感器单元锁紧螺栓将传感器单元与传感器安装座固定；传感器单元与传感器安装座之间放置两个所述传感器单元密封O圈。

本发明的荧光法多参数水质电极进一步为：所述溶解氧传感器由红色光源、蓝色光源、光电检测器、敏感膜片、溶解氧滤光片、聚焦透镜组成；所述蓝色光源发射出脉冲调制激发光，波长是465nm；所述红色光源发射出与蓝色光源28相同频率的脉冲光，波长是620nm；激发的荧光经溶解氧滤光片和聚焦透镜聚焦后到达光电检测器；所述溶解氧滤光片为窄带滤光片，中心波长为620nm，半宽＜30nm，峰值透过率＞80％，截止深度为OD4。

本发明的荧光法多参数水质电极进一步为：所述叶绿素传感器、蓝绿藻传感器、水中油传感器基于荧光检测技术，由光源、光电检测器、发射滤光片、接收滤光片、发射光纤、接收光纤以及清洗电机组成；所述光源发出调制激发光，经发射滤光片、发射光纤后，照射到待测水样中；水样中待测物质受激发射出荧光，荧光经接收光纤、接收滤光片后进入光电检测器，测量荧光强度计算水样中叶绿素、蓝绿藻或水中油浓度；清洗电机泵定期清洗测量端面。

本发明的荧光法多参数水质电极进一步为：所述叶绿素传感器所用光源为中心波长为(465±10)nm，蓝绿藻传感器所用光源32中心波长为(590±10)nm，水中油传感器所用光源32的中心波长为(360±10)nm；所述光电检测器39波长响应范围是(320-1100)nm，峰值响应波长是(960±20)nm，响应度是0.6A/W，关断频率＞25MHz；所述发射滤光片33为窄带滤光片，其中心波长与光源32中心波长一致，发射滤光片33的半宽＜30nm，峰值透过率＞70％，截止深度为OD4。

本发明的荧光法多参数水质电极进一步为：叶绿素传感器所用接收滤光片为窄带滤光片，中心波长为(680±10)nm，半宽＜30nm，峰值透过率＞70％；蓝绿藻传感器所用接收滤光片为窄带滤光片，中心波长为(650±10)nm，半宽＜30nm，峰值透过率＞70％；水中油传感器所用接收滤光片为带通滤光片，中心波长为(500±10)nm，带通范围是(410-610)nm，透过率＞65％，截止深度为OD4；所述述发射光纤和接收光纤为PMMA塑料光纤，直径为3mm，数值孔径为0.5，衰减＜200dB/km；所述清洗电极为直流减速电机，减速小＞200∶1，扭矩＞200mNm，其能带动清洗刷。

本发明的荧光法多参数水质电极进一步为：所述控制单元包括电源模块、通讯模块、变送模块8、数据处理模块；所述通讯模块连接叶绿素传感器、蓝绿藻传感器、水中油传感器、溶解氧传感器、浊度传感器，通过RS485接口采集测量值信号；所述变送模块连接pH传感器、电导率传感器，采集原始信号并计算出测量值；所述数据处理模块将所有传感器单元的测量值记录保存，并通过通讯模块对外发送。

本发明的荧光法多参数水质电极还为：所述防水接头由锁紧螺栓、电缆固定头、对外电缆、多芯连接器、密封O圈组成；所述锁紧螺栓将防水接头与密封组件后盖固定；所述多芯连接器电气位数4-8芯，呈半月型结构；所述防水接头与密封组件之间放置两个密封O圈；所述密封O圈内径是13.8mm，线径是2.4mm，氟橡胶材料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的荧光法多参数水质电极基于荧光法测量水体中叶绿素、蓝绿藻、水中油、溶解氧浓度，基于光散射法测量浊度值，基于氧化还原电位法测量pH值，基于电极法测量电导率值，除可以测量水质常规五参数(温度、pH、溶解氧、电导率、浊度)外，还可测量叶绿素、蓝绿藻、水中油等因子，基于荧光测量原理，水样无需预处理和萃取，无试剂、无二次污染，具有自清洗功能，尤其适用于河流断面、湖泊水库、近海岸等水体环境在线监测，用于浮标植物、藻类生长、水体富营养化的在线监测和预警预报。

【附图说明】

图1是本发明的荧光法多参数水质电极的整体结构图。

图2是本发明的荧光法多参数水质电极的感器单元分布图。

图3是本发明的荧光法多参数水质电极的传感器单元结构图。

图4是本发明的荧光法多参数水质电极的溶解氧传感器示意图。

图5是本发明的荧光法多参数水质电极的叶绿素传感器结构图。

图6是本发明的荧光法多参数水质电极的防水接头结构图。

【具体实施方式】

请参阅说明书附图1至附图6所示，本发明为一种荧光法多参数水质电极，其由传感器单元、控制单元7、防水接头6和密封组件等几部分组成，其可用于在线监测，也可自带电池供电用于便携测量，具有优秀的防水性能，可在水下600米正常工作。

其中，所述传感器单元集成于密封组件上，用于测量各水质因子的原因信号。所述控制单元7位于密封组件内，其电性连接传感器单元，其采集各传感器单元信号，经滤波放大等处理好，转换成ModBus协议输出。所述防水接头6安装于密封组件的一端，具有可插拨和防反插功能。所述密封组件用于将固定各单元，可水下600米正常工作。

进一步的，所述传感器单元具体为pH传感器11、电导率传感器13、溶解氧传感器15、浊度传感器12、叶绿素传感器17、蓝绿藻传感器14、水中油传感器16；上述传感器能自由组合，最多可集成7个传感器单元。

所述传感器单元结构如图3所示，主要由多芯连接器19、传感器单元外壳20、传感器单元密封O圈21、传感器单元锁紧螺栓22组成。多芯连接器19与传感器安装座接头18连接，呈半月结构，具有可插拨和防反插功能。传感器单元外壳20采用耐腐蚀性材料，如PVC或316不锈钢。传感器单元锁紧螺栓22用于将传感器单元与传感器安装座23固定。传感器单元与传感器安装座之间放置两个传感器单元密封O圈21，为氟橡胶材料，内径是14.8mm，线径是2.4mm。传感器单元具有可拆卸、可更改、防插反及防水功能。

所述溶解氧传感器15基于荧光猝灭检测技术，由红色光源25、蓝色光源28、光电检测器26、敏感膜片29、溶解氧滤光片27、聚焦透镜24等组成。蓝色光源28发射出脉冲调制激发光，波长是465nm，用于激发荧光信号。红色光源25发射出与蓝色光源28相同频率的脉冲光，波长是620nm(与荧光波长相同)，用于作为基准参考校准传感器的自身延时，提高测量精度。激发的荧光经溶解氧滤光片27和聚焦透镜24聚焦后到达光电检测器26，测量荧光持续的时间可以计算出水中溶解氧浓度。

所述蓝色光源28中心波长是(465±10)nm，光谱半宽＜30nm，辐射功率大于3mW。所述红色光源25中心波长是(620±5)nm，光谱半宽＜30nm，辐射功率大于3mW。所述光电检测器26波长响应范围是(320-1100)nm，峰值响应波长是(960±20)nm，响应度是0.6A/W，关断频率＞25MHz。所述溶解氧滤光片27为窄带滤光片，中心波长为620nm，半宽＜30nm，峰值透过率＞80％，截止深度为OD4。

所述叶绿素传感器17基于荧光检测技术，其结构如图5。由光源32、光电检测器39、发射滤光片33、接收滤光片38、发射光纤34、接收光纤37、清洗电机35等组成。所述光源32为中心波长为(465±10)nm。所述光电检测器39波长响应范围是(320-1100)nm，峰值响应波长是(960±20)nm，响应度是0.6A/W，关断频率＞25MHz。所述发射滤光片33为窄带滤光片，其中心波长与光源32中心波长一致，发射滤光片33的半宽＜30nm，峰值透过率＞70％，截止深度为OD4。所述接收滤光片38为窄带滤光片，中心波长为(680±10)nm，半宽＜30nm，峰值透过率＞70％。所述发射光纤33和接收光纤37为PMMA塑料光纤，直径为3mm，数值孔径为0.5，衰减＜200dB/km。所述清洗电极35为直流减速电机，减速小＞200∶1，扭矩＞200mNm。清洗电机35带动清洗刷36，定期清洗测量端面，减少水中附着物对测量的干扰。叶绿素传感器17对出接口是多芯连接器30，所述多芯连接器30呈半月结构，具有可插拨和防反插功能。叶绿素传感器17在外壳上放置两个密封O圈31，所述密封O圈31为氟橡胶材料，内径是25.2mm，线径是3.5mm。

蓝绿藻传感器14、水中油传感器16与叶绿素传感器17类似，不同之处是光源32、发射滤光片33、接收滤光片38。

所述蓝绿藻传感器14的光源32中心波长为(360±10)nm；发射滤光片33为窄带滤光片，中心波长是(360±10)nm，半宽＜30nm，透过透过率＞70％，截止深度为OD4；接收滤光片38为窄带滤光片，中心波长为(650±10)nm，半宽＜30nm，峰值透过率＞70％。

所述水中油传感器16的光源32中心波长为(590±10)nm；发射滤光片33为窄带滤光片，中心波长是(590±10)nm，半宽＜30nm，透过透过率＞70％，截止深度为OD4；接收滤光片38为通带滤光片，带通范围是(410-610)nm，峰值透过率＞65％，截止深度为OD4。

所述控制单元7用于采集各传感器单元信号，并进行数据处理、分析，转换成标准ModBus协议输出，具有实时测量、数据传输、远程校准及自诊断等功能。控制单元7包括电源模块、通讯模块、变送模块8、数据处理模块等组成。讯模块连接叶绿素传感器17、蓝绿藻传感器14、水中油传感器16、溶解氧传感器15、浊度传感器12，通过RS485接口采集测量值信号。变送模块8连接pH传感器11、电导率传感器13，采集原始信号并计算出测量值。数据处理模块将所有传感器单元的测量值记录保存，并通过通讯模块对外发送。

如图6所示，所述防水接头6由锁紧螺栓42、电缆固定头41、对外电缆40、多芯连接器44、密封O圈45组成。锁紧螺栓42将防水接头6与密封组件后盖43固定，多芯连接器44电气位数4-8芯，呈半月型结构，具有可插拨和防反插功能，防水接头6与密封组件之间放置两个密封O圈45。所述密封O圈45内径是13.8mm，线径是2.4mm，氟橡胶材料。

所述密封组成用于固定传感器单元、控制单元7和防水接头6，根据集成的传感器单元个数，可订制密封组件的结构，其由密封组件外壳3、电池2、电池箱盖3、传感器安装座9、校准池4和校准底座5组成。传感器底座9可根据集成传感器单元个数而订制，最多可集成7个传感器单元。所述密封组件与传感器单元6通过多芯连接器30连接，之间放置密封O圈31达到防水效果。密封组件与防水接头通过多芯连接器44连接，之间放置密封O圈45达到防水效果。密封组件内置电池2，电池箱盖1将电池2密封在密封组件内。所述电池2为18650可充电锂电池，与控制单元7连接，当外部供电时自动给电池2充电。当没有外部供电时，自动切换由电池2供电。所述密封组件下部有可拆卸校准池4，校准池4与校准底座5连接，传感器单元位于校准池4内。当传感器单元校准时，在校准池4内放置已知浓度的标液，校准传感器单元。

以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种荧光法多参数水质电极，其特征在于：包括传感器单元、控制单元、防水接头及密封组件；其中，所述传感器单元集成于密封组件上；所述控制单元位于密封组件内，其电性连接传感器单元；所述防水接头安装于密封组件的一端。

2.如权利要求1所述的荧光法多参数水质电极，其特征在于：所述密封组件由密封组件外壳、电池、电池箱盖、传感器安装座、校准池和校准底座组成；所述电池与控制单元连接，并能为控制单元供电；所述传感器底座上集成若干传感器单元。

3.如权利要求1所述的荧光法多参数水质电极，其特征在于：所述传感器单元具体为pH传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、叶绿素传感器、蓝绿藻传感器以及水中油传感器；上述传感器能自由组合，最多可集成7个传感器单元。

4.如权利要求3所述的荧光法多参数水质电极，其特征在于：所述传感器单元包括多芯连接器、传感器单元外壳、传感器单元密封O圈、传感器单元锁紧螺栓；所述多芯连接器与传感器安装座接头连接；所述传感器单元外壳采用耐腐蚀性材料；所述感器单元锁紧螺栓将传感器单元与传感器安装座固定；传感器单元与传感器安装座之间放置两个所述传感器单元密封O圈。

5.如权利要求3所述的荧光法多参数水质电极，其特征在于：所述溶解氧传感器由红色光源、蓝色光源、光电检测器、敏感膜片、溶解氧滤光片、聚焦透镜组成；所述蓝色光源发射出脉冲调制激发光，波长是465nm；所述红色光源发射出与蓝色光源28相同频率的脉冲光，波长是620nm；激发的荧光经溶解氧滤光片和聚焦透镜聚焦后到达光电检测器；所述溶解氧滤光片为窄带滤光片，中心波长为620nm，半宽＜30nm，峰值透过率＞80％，截止深度为OD4。

6.如权利要求3所述的荧光法多参数水质电极，其特征在于：所述叶绿素传感器、蓝绿藻传感器、水中油传感器基于荧光检测技术，由光源、光电检测器、发射滤光片、接收滤光片、发射光纤、接收光纤以及清洗电机组成；所述光源发出调制激发光，经发射滤光片、发射光纤后，照射到待测水样中；水样中待测物质受激发射出荧光，荧光经接收光纤、接收滤光片后进入光电检测器，测量荧光强度计算水样中叶绿素、蓝绿藻或水中油浓度；清洗电机泵定期清洗测量端面。

7.如权利要求6所述的荧光法多参数水质电极，其特征在于：所述叶绿素传感器所用光源为中心波长为(465±10)nm，蓝绿藻传感器所用光源32中心波长为(590±10)nm，水中油传感器所用光源32的中心波长为(360±10)nm；所述光电检测器39波长响应范围是(320-1100)nm，峰值响应波长是(960±20)nm，响应度是0.6A/W，关断频率＞25MHz；所述发射滤光片33为窄带滤光片，其中心波长与光源32中心波长一致，发射滤光片33的半宽＜30nm，峰值透过率＞70％，截止深度为OD4。

8.如权利要求6所述的荧光法多参数水质电极，其特征在于：叶绿素传感器所用接收滤光片为窄带滤光片，中心波长为(680±10)nm，半宽＜30nm，峰值透过率＞70％；蓝绿藻传感器所用接收滤光片为窄带滤光片，中心波长为(650±10)nm，半宽＜30nm，峰值透过率＞70％；水中油传感器所用接收滤光片为带通滤光片，中心波长为(500±10)nm，带通范围是(410-610)nm，透过率＞65％，截止深度为OD4；所述述发射光纤和接收光纤为PMMA塑料光纤，直径为3mm，数值孔径为0.5，衰减＜200dB/km；所述清洗电极为直流减速电机，减速小＞200∶1，扭矩＞200mNm，其能带动清洗刷。

9.如权利要求1所述的荧光法多参数水质电极，其特征在于：所述控制单元包括电源模块、通讯模块、变送模块8、数据处理模块；所述通讯模块连接叶绿素传感器、蓝绿藻传感器、水中油传感器、溶解氧传感器、浊度传感器，通过RS485接口采集测量值信号；所述变送模块连接pH传感器、电导率传感器，采集原始信号并计算出测量值；所述数据处理模块将所有传感器单元的测量值记录保存，并通过通讯模块对外发送。

10.如权利要求1所述的荧光法多参数水质电极，其特征在于：所述防水接头由锁紧螺栓、电缆固定头、对外电缆、多芯连接器、密封O圈组成；所述锁紧螺栓将防水接头与密封组件后盖固定；所述多芯连接器电气位数4-8芯，呈半月型结构；所述防水接头与密封组件之间放置两个密封O圈；所述密封O圈内径是13.8mm，线径是2.4mm，氟橡胶材料。