CN109073455A - 用于多参数水质测量的光学硝酸盐传感器 - Google Patents
用于多参数水质测量的光学硝酸盐传感器 Download PDFInfo
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Abstract
光学硝酸盐传感器其特征为信号处理器或信号处理模块，被配置为：接收信令，该信令包含关于测量(M)并且还关于参考样本(R)的信息，所述测量(M)是水中所溶解的硝酸盐对UV光的UV吸光率的测量(M)，所述UV光由UV LED所生成、中心在229nm处并且穿过在传感器主体的规定区域内的有限体积的水，所述参考样本(R)是不穿过所述有限体积的水的所述UV光的部分的参考样本(R)；以及基于所接收的信令来确定对应信令，该信令包含关于在水中所溶解的硝酸盐的浓度信息。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年3月7日所提交的临时专利申请序列号No.62/304,678(911-023.3-1//N-YSI-0033)，以及于2016年3月9日所提交的伴随专利申请序列号No.62/305,742(911-023.4-1//N-YSI-0034)，它们都通过引用被整体并入。
技术领域
本发明涉及一种用于确定水质的技术；以及更具体地涉及一种使用用于多参数水质监测的光学传感器确定水质的技术。
背景技术
富营养化被理解为湖泊或其他水体中过多的营养物质，通常是归因于来自陆地的径流，这导致植物密集生长和动物因缺氧而死亡。归因于这种环境水的营养负荷的富营养化是当今水生健康面临的最大挑战之一。在这种环境水中进行硝酸盐检测对于帮助解决这些问题至关重要。归因于试剂消耗(湿化学系统)或过度功率功耗(基于光谱仪的系统)，市场上可用的电流传感器不适合长期监测。鉴于此，随着需求增长以减少营养物负荷，本领域需要一种环境水传感器，其是长期监测、多参数感测套件的一部分。
发明内容
基础技术概述
举例来说，本发明提供了用于使用用于多参数水质监测的光学传感器来确定水质的新的和独特的技术，例如，以解决本领域的上述需求。
作为示例，并且根据一些实施例，本发明提供装置，例如，以基于多参数探测器的传感器的形式，其在～229nm(纳米)处测量硝酸盐的紫外(UV)吸光率，其利用深UV发光二极管(LED)并利用有效载荷中的其他传感器来实现完全补偿的硝酸盐测量。该传感器具有操作电池供电的能力，并被部署在环境水中，以用于长期硝酸盐监测，以作为水质监测传感器有效载荷的一部分。
吸光率是在固定距离上相对于参考测量的光强度衰减的量度。在水中所溶解的硝酸盐在从200nm至230nm范围的UV光谱中具有众所周知的吸光性。LED技术的最新进展使得可以获得229nm范围内的弱吸光率。这种弱的吸光率足以测量淡水系统中通常为1-10ppm(即百万分率)的硝酸盐浓度。
为了进行这种测量，中心在229nm处的UV LED可以被配置为照亮受限在传感器主体的规定区域内的水。在存在吸收物质的情况下，穿过受限体积或水的光会被衰减。被衰减的光照射到光电二极管上，在光电二极管上生成光电流，然后经由互阻抗放大器被转换成电压。该信号被指定为测量(M)或测量信号。在与样本相互作用之前，经由参考光电二极管对一部分UV光进行采样，在光电二极管处光电流经由互阻抗放大器被转换成电压而不与水相互作用。该信号被指定为参考(R)或参考信号。
吸光率可以被计算如下：
吸光率＝-log(光学透射率)＝-log(M/a R)，
其中a是能够针对电增益归一化调整的比例常数。
注入光和接收光信号的方法
1.紫外光可以沿着规定的路径被直接呈现在水中。在这种情况下，从LED所发射的光不受附加光学器件的阻碍。穿过间隙的光直接照射到229nm滤光的光电二极管上。
2.紫外光可以经由合适材料的光波导(例如，通常是蓝宝石或UV级熔融二氧化硅)能被呈现在水中。这消除了LED位于测量点附近的必要性。将LED与光学检测器分离的优点在于通过物理地分离易受影响的组件来最小化电噪声。
3.穿过规定光路的光照射到光电二极管上，在光电二极管中光被转换成电流。光可以在没有任何附加光学元件的情况下直接耦合到光电二极管，或者光可以由合适材料的光波导(例如，蓝宝石或UV级熔融二氧化硅)捕获，然后引导到从测量点延伸的光电二极管。
可变路径长度
天然水中硝酸盐的浓度的变化可以从十亿分率到百万分率。虽然吸光率可以测量为如上文所示的衰减，但它确实基于吸收物质的浓度、与吸收物质的相互作用长度、以及随所用光的波长而变化的摩尔吸光系数。这是由比尔定律(Beer’s Law)所描述的吸光率＝εlc；其中ε＝摩尔吸光系数，c＝分析物浓度，以及I＝相互作用长度。这意味着对于优化的信号对比度，针对最低浓度需要长的相互作用长度，并且对于高浓度需要短的相互作用长度。结合改变光路长度的能力将允许对感兴趣的浓度范围进行传感器优化。改变光路可以以几种方式完成。考虑具有固定长度的U形的测量体积的传感器。光跨体积从光源传播到检测器。对于高浓度应用，信号衰减可能太高，因此缩短光与水之间的相互作用长度可能是有利的。这可以通过在单元中插入光学透明的间隔器(spacer)来实现，诸如蓝宝石或熔融二氧化硅棒。然后，相互作用长度变为原始单元长度与间隔器长度之间的差异。用于改变单元长度的另一种方法在物理上改变了源与检测器之间的距离，而不是插入间隔器。
特定实施例的示例
根据一些实施例，本发明可以包括装置，其特征在于信号处理器或信号处理模块，被配置为：
接收信令，该信令包含关于测量(M)并且还关于参考样本(R)的信息，所述测量(M)是水中所溶解的硝酸盐对UV光的UV吸光率的测量(M)，所述UV光由UV LED所生成、中心在229nm处并且穿过在传感器主体的规定区域内的有限体积的水，所述参考样本(R)是不穿过所述有限体积的水的所述UV光的部分的参考样本(R)；以及
基于所接收到的信令来确定包含关于在水中所溶解的硝酸盐的浓度信息的对应信令。
该装置可包括以下附加特征中的一个或多个：
该装置可以包括光学硝酸盐传感器或采用光学硝酸盐传感器的形式，例如包括具有规定区域的传感器。
信号处理器或信号处理模块可以被配置为提供包含关于在水中所溶解的硝酸盐浓度的信息的对应信令。
信号处理器或信号处理模块可以被配置为基于以下方程确定UV吸光率的测量：
吸光率＝-log(光透射率)＝-log(M/a R)，
其中a是能够针对电气增益归一化调整比例常数。
信令可以包含关于从测量光电二极管所测量和所接收的测量(M)的信息，其中生成光电流、并且随后经由互阻抗放大器被转换为电压。
信令可以包含关于从参考光电二极管所测量和所接收的参考样本(R)的信息，其中生成光电流、并且随后经由互阻抗放大器被转换为电压。
UV光可以在变化的路径长度上穿过水的受限体积，该路径长度取决于所确定的硝酸盐的浓度的感兴趣浓度范围。
该装置可以包括传感器主体，该传感器主体被配置有在规定区域内的水的受限体积的路径长度。
传感器主体可以包括被配置在路径长度的一部分内的单元间隔器。
传感器主体可包括可变单元，可变单元被配置为利用用于确定在水中所溶解的硝酸盐的高浓度的第一路径长度来适配，，或者利用用于确定在水中所溶解的硝酸盐的低浓度的第二路径长度来适配，其中包括第一路径比第二条路径更短。
传感器可以包括基于多参数探测器的传感器或采用基于多参数探测器的传感器的形式。
传感器主体的规定区域可包括用于包含水的采样腔室。
该装置可包括石英管，并且传感器主体的规定区域形成石英管的一部分。
采样腔室可以包括两部分或采用两部分的形式具有第一子腔室和第二子腔室的构造。第一子腔室可包括第一子腔室延伸部；第二子腔室可包括第二子腔室延伸部；并且第一子腔室延伸部和第二子腔室延伸部可以被配置为形成用于高浓度测量的第一路径或用于低浓度测量的第二路径。用于高浓度测量的第一路径比用于低浓度测量的第二路径更短。第一子腔室延伸部和第二子腔室延伸部可以被耦合在一起并且在其之间被配置有O形环密封件。第一子腔室延伸部和第二子腔室延伸部可滑动地被耦合在一起。
规定区域可包括采样腔室；以及该装置可包括被配置在采样腔室一侧的UV LED，以及被配置在采样腔室另一侧的滤光器和测量光电二极管的组合。该装置还可包括一个或多个光管，每个光管被配置为将光引导到采样腔室或从采样腔室引导光。
该装置可包括光电二极管替换模块，光电二极管替换模块具有插头、二极管壳体和被布置在其中的测量二极管。
该装置可包括具有UV LED和参考光电二极管的LED替换模块。
举例来说，信号处理器或信号处理器模块可以包括信号处理器和至少一个存储器的某种组合或采取信号处理器和包括至少一个存储器的某种组合的形式，至少一个存储器包括计算机程序代码，其中信号处理器和至少一个存储器被配置为使得装置实施本发明的功能，例如，以响应于所接收的信令并基于所接收的信令来确定对应的信令。
根据一些实施例，本发明可以包括特征为以下步骤的方法：
在信号处理器或处理模块中接收信令，该信令包含关于测量(M)并且还关于参考样本(R)的信息，所述测量(M)是水中所溶解的硝酸盐对UV光的UV吸光率的测量(M)，所述UV光由UV LED所生成、中心在229nm处并且穿过在传感器主体的规定区域内的有限体积的水，所述参考样本(R)是不穿过所述有限体积的水的所述UV光的部分的参考样本(R)；以及
基于所接收的信令，在信号处理器或处理模块中确定包含关于在水中所溶解的硝酸盐的浓度的信息的对应信令。
该方法还可以包括上文所述特征中的一个或多个。
附图说明
附图不一定按比例绘制，包括如下图1至图10：
图1A示出了装置的框图，例如，根据本发明的一些实施例具有用于实施信号处理功能的信号处理器或信号处理模块。
图1B示出了根据本发明的一些实施例的具有用于实施方法的步骤的流程图的框图。
图2示出了根据本发明的一些实施例的原型的光学相互作用的模型，包括在与样本体积相互作用之前从UV LED采样一部分的光。
图3是A.U.对mg/l NO3-N的图，示出了从1至10ppm NO3-N的原型性能和线性图。
图4包括图4A、图4B和图4C，示出了根据本发明的一些实施例的使用光管概念的光学感测技术。
图5包括图5A和图5B，示出了根据本发明的一些实施例的使用单元间隔器概念的光学感测技术。
图6包括图6A和图6B，示出了根据本发明的一些实施例的使用可变单元概念的光学感测技术。
图7包括图7A、7B、7C和7D，示出了根据本发明的一些实施例的基于吸光率模块概念的单元间隔器概念，其中图7A是单元间隔器的分解图；其中图7B是当组装时的单元间隔器的视图；其中图7C是图7A中的单元间隔器沿线A-A的横截面图，以及其中图7D是图7B中的单元间隔器沿线B-B的横截面图。
图8包括图8A和8B，示出了根据本发明的一些实施例的装置，其中图8B是沿图8A中的装置的纵向轴线的横截面图。
图9包括图9A、9B和9C，示出了根据本发明的一些实施例的利用石英管来限定1cm光路的装置。
图10是可修整的传感器配置的图，包括其中探测器的中央擦拭器扫过测量单元以防止生物污染。
为了减少图中的混乱，各图不包括其中显示的每个元件的每个附图标记。
具体实施方式
图1A：信号处理功能的实施
进一步通过示例，图1A示出了根据本发明的一些实施例的用于实施相关联信号处理功能的装置10(例如，光学硝酸盐传感器)。装置10可以包括信号处理器或处理模块12，其至少被配置为：
接收信令，该信令包含关于测量(M)并且还关于参考样本(R)的信息，所述测量(M)是水中所溶解的硝酸盐对UV光的UV吸光率的测量(M)，所述UV光由UV LED所生成、中心在229nm处并且穿过在传感器主体的规定区域内的有限体积的水，所述参考样本(R)是不穿过所述有限体积的水的所述UV光的部分的参考样本(R)；以及
基于所接收的信令，确定包含关于在水中所溶解的硝酸盐浓度信息的对应信令。
在操作中，信号处理器或处理模块12可以被配置为提供对应信令，其包含关于在水中所溶解的硝酸盐浓度的信息(例如对于另外处理)，与本文所阐述的一致。本发明的范围不旨在限于任何特定类型、种类或另外处理的方式，并且可以包括现在已知的或将来开发的另外处理技术。
举例来说，信号处理器或处理模块12的功能可以使用硬件、软件、固件或其组合来实施。在一个通常的软件实施中，信号处理器或处理模块12将包括一个或多个基于微处理器的架构，具有例如至少一个信号处理器或微处理器(如元件12)。本领域技术人员将能够利用合适的程序代码进行编程(如基于微控制器或基于微处理器)，实施以执行本文中所公开的信号处理功能而无需过多的实验。例如，信号处理器或处理模块12可以(例如由本领域技术人员无需过多的实验)被配置为接收信令，该信令包含关于测量(M)并且还关于参考样本(R)的信息，所述测量(M)是水中所溶解的硝酸盐对UV光的UV吸光率的测量(M)，所述UV光由UV LED所生成、中心在229nm处并且穿过在传感器主体的规定区域内的有限体积的水，所述参考样本(R)是不穿过所述有限体积的水的所述UV光的部分的参考样本(R)，与本文所公开的一致。
此外，信号处理器或处理模块12可以(由例如本领域技术人员无需过多的实验)被配置为确定对应信令，该信令包含关于在水中所溶解的硝酸盐浓度的信息，例如，与本文所公开的一致。举例来说，本发明的范围不旨在限于任何特定类型或种类的信号处理实施和/或技术，以用于基于所接收的信令对在水中所溶解的硝酸盐的浓度进行确定。
本发明的范围不旨在限于使用现在已知的或将来开发的技术的任何特定实施。本发明的范围旨在包括将(一个或多个)信号处理器12的功能实施为独立处理器、信号处理器、或信号处理器模块、以及单独的处理器或处理器模块、以及它们的一些组合。
装置10还可以例如包括其他信号处理器电路或组件，整体被指示为14，包括随机存取存储器或存储器模块(RAM)和/或只读存储器(ROM)、输入/输出设备和控制、以及连接它们的数据和地址总线、和/或至少一个输入处理器和至少一个输出处理器(例如，这是由本领域技术人员所领会的)。
图1B：基本方法
根据一些实施例，本发明还可以包括整体被指示为20的方法，包括步骤20a、20b和20c，如下：
步骤20a，用于在信号处理器或处理模块(如元件12)中接收信令，该信令包含关于测量(M)并且还关于参考样本(R)的信息，所述测量(M)是水中所溶解的硝酸盐对UV光的UV吸光率的测量(M)，所述UV光由UV LED所生成、中心在229nm处并且穿过在传感器主体的规定区域内的有限体积的水，所述参考样本(R)是不穿过所述有限体积的水的所述UV光的部分的参考样本(R)；以及
步骤20b，用于基于所接收的信令，在信号处理器或处理模块中(如元件12)来确定包含关于在水中所溶解的硝酸盐浓度的信息的对应信令。
该方法还可以包括上文所阐述的特征中的一个或多个，包括步骤20c，用于提供包含关于在水中所溶解的硝酸盐浓度的信息的对应信令。
图2
举例来说，图2示出了原型的光学相互作用的模型，包括在与样本体积相互作用之前从UV LED采样一部分的光。图2是光线轨迹图，其示出了从左到右传播的UV光L。一部分的光Lr由光学选截窗口OPW(在本文中已知或被称为“光学采样窗口”)进行采样并且被反射到参考二极管RD。剩余的光Lm与被包含在石英管QT内的水样S相互作用，该石英管QT在照射在测量光电二极管MD之前被用作为样本腔室并且具有已知的内径Din。
图4：使用(一个或多个)光管的光学感测
图4示出了根据本发明一些实施例而使用光管概念的光学感测技术。
图4A示出了使用第一光管概念的第一光学感测技术，例如，其中从布置在样本腔室SC的一侧上的UV LED所提供的剩余光Lm：与被包含在样本腔室SC内的水样S相互作用、穿过被布置在样本腔室SC的另一侧的光管LP、穿过滤光器F、以及照射在测量光电二极管MD上。
图4B示出了使用第二光管概念的第二光学感测技术，例如，其中从布置在样本腔室SC一侧的光管LP所提供的剩余光Lm：与包含在样本腔室SC内的水样S相互作用、穿过滤光器F、穿过被布置在样本腔室SC另一侧、以及照射在测量光电二极管MD。
图4C示出了使用第三光管概念的第三光学感测技术，例如，其中从布置在样本腔室SC的一侧上的两个光管LP中的第一个所提供的剩余光Lm：与被包含在样本腔室SC内的水样S相互作用、穿过被布置在样本腔室SC中另一侧的两个光管LP中的第二个、穿过滤光器F、以及照射在测量光电二极管MD上。
图4未示出由光学选截窗口OPW所采样并且被反射到参考二极管RD的该部分的光Lr，例如，如图2中所示。图4C包括参考标记CWs，其指定用于允许光进入采样腔室SC和从采样腔室SC穿过的腔室窗口。
图5：使用单元间隔器的光学感测
图5示出了根据本发明的一些实施例的使用单元间隔器概念的光学感测技术。在这种光学感测技术中，蓝宝石或UV级熔融二氧化硅棒R可被用于配置路径长度，例如，取决于是否需要低浓度或高浓度测量。
例如，图5A示出了使用第一单元间隔器概念的第一光学感测技术，例如，从布置在样本腔室SC的一侧上的采样窗口SW所提供的剩余光Lm：与被包含在样本腔室SC内(该样本腔室SC其中不配置蓝宝石或UV级熔融二氧化硅棒R)的水样S相互作用、穿过滤光器F、穿过被布置在样本腔室SC的另一侧、以及照射在测量光电二极管MD上。在这种情况下，由于需要用于低浓度测量的长路径，那么可以不使用蓝宝石或UV级熔融二氧化硅棒R来配置用于低浓度测量的路径长度。
进一步通过示例，以及与图5A中所示的不同，图5B示出了使用第二单元间隔器概念的第二光学感测技术，例如，其中从布置在样本腔室SC的一侧上的采样窗口SW所提供的剩余光Lm：与被包含在样本腔室SC内(该样本腔室SC具有被配置在其中的蓝宝石或UV级熔融二氧化硅棒R)的水样S相互作用、穿过滤光器F、穿过被布置在样本腔室SC的另一侧、以及照射在测量光电二极管MD上。在这种情况下，由于需要用于高浓度测量的短路径，那么可以使用蓝宝石或UV级熔融二氧化硅棒R来配置用于高浓度测量的路径长度。
与图4所示的不同，图5示出了由采样窗口所采样并且被反射到参考二极管的该部分的光Lr，例如，如图2中所示。
图6：使用可变单元间隔器的光学感测
图6示出了根据本发明的一些实施例的使用可变单元概念的光学感测技术。在该光学感测技术中，样本腔室可以被配置为具有第一子腔室部分SC1和第二子腔室部分SC2的两部分构造，其可以被配置并适于改变样本腔室SC的路径长度，例如，取决于是否需要低浓度或高浓度测量。
例如，图6A示出了使用可变单元概念的第一光学感测技术，例如，其中第一子腔室SC1和第二子腔室部分SC2被配置为限定用于高浓度测量的短路径，例如，每个子腔室部分具有相应的腔室延伸部CE1、CE2(具有基本相同的长度)。相应的腔室延伸部CE1、CE2被耦合在一起并且利用被布置在其间的O形环O密封。相应的腔室延伸部CE1、CE2被配置或适于限定用于水样S的高浓度测量的短路径。在图6A中，从布置在样本腔室SC的一侧上的采样窗口SW所提供的剩余光Lm：穿过第一腔室窗口CW1、与被包含在样本腔室SC内的水样S相互作用、穿过第二腔室窗口CW2到达被布置在样本腔室SC的另一侧上的滤光器F、以及照射在测量光电二极管上MD。在该技术中，并且举例来说，由于需要用于高浓度测量的短路径，那么相应的腔室延伸部CE1、CE2被配置有基本相同的长度、并且被用于配置用于高浓度测量的路径长度。
通过进一步示例，以及与图6A中所示的不同，图6B示出了使用可变单元概念的第二光学感测技术，例如，其中第一子腔室SC1和第二子腔室部分SC2’被配置为限定用于低浓度测量的长路径，例如，通过每个腔室延伸部CE1、CE2’具有基本上不同的长度。类似于图6A中所示的，相应的腔室延伸部CE1、CE2’被耦合在一起并利用被布置在其间的O形环O密封。相应的腔室延伸部CE1、CE2’被布置为限定用于水样S的低浓度测量的长路径。类似于图6A中所示，从布置在样本腔室SC的一侧上的采样窗口SW所提供的剩余光Lm：与被包含在样本腔室SC内的水样S相互作用、穿过被布置在样本腔室SC的另一侧的滤光器F、以及照射在测量光电二极管MD上。在该技术中，以及举例来说，由于需要用于低浓度测量的长路径，那么相应的腔室延伸部CE1、CE2’被配置有基本上不同的长度并且被用于配置用于低浓度测量的路径长度。
在图6A和图6B中，子腔室SC2、SC2’包括样本腔室支脚SCL，样本腔室支脚SCL抵接子腔室SC1的一部分，例如，具有短长度(图6A)或长长度(图6B)，其确定用于短路径(图6A)或长路径(图6B)的路径长度。
根据一些实施例，以及通过进一步示例，第一子腔室SC1和第二子腔室部分SC2、SC2’还可以被配置为相对于彼此移动或滑动，以便确定或设置用于特定低浓度或高浓度测量的路径长度。在这种情况下，相应的第一子腔室SC1和相应的第二子腔室部分SC2、SC2’可以被配置有基本上相同的长度，但是可以相对于彼此滑动或移动以便确定用于低浓度或高浓度测量的长或短路径，取决于具体应用。
类似于图5中所示的，图6示出了由采样窗口所采样并且被反射到参考二极管的该部分的光Lr，例如，如图2中所示。
图7和图8：吸光率模块概念
图7和图8示出了基于使用吸光率模块概念的一个实施例，例如，包括光电二极管替换模块PRM，其具有插头P、二极管壳体DH、以及被布置在其中的测量光电二极管MD，并且还包括LED替换模块LED RM，具有UV LED和参考光电二极管RD。光电二极管替换模块PRM和LED替换模块LED RM可以在石英管QT的相对侧上被配置壳体H1中(例如，用于限定约1cm的路径)。石英管QT可以被配置为形成水/样本腔室SC，例如，待采样的水穿过该水/样本腔室SC。举例来说，光电二极管替换模块PRM的插头P可以被配置有螺纹，以用于拧入形成在壳体H1的一部分中的对应螺纹中。UV LED、参考二极管RD和测量二极管MD包括相关联的导线(全部被标记为wi)，例如，用于向这些设备提供合适的功率和控制信令，以及用于从二极管RD和MD提供回合适的被测量信令。如图所示，安装支架MB可以被配置为将两个壳体H1和H2耦合在一起。
图9
图9示出了利用石英管QT来限定例如约1cm的光路的用于光学感测的一个实施例。图9A示出了主电路板MCB、互阻抗放大器、石英管QT、以及壳体H。图9B示出了通过石英管QT的水流路径，硅光电二极管RD和MD，和滤光器F，以及用于提供在229nm处的LED光的UV LED。
图10
图10是可修整的传感器概念的图，包括其中探测器的中央擦拭器扫过测量单元MC以防止生物污染。
光学组件
举例来说，以及如本领域技术人员将领会的，光学组件如LED，光电二极管、测量光电二极管、参考光电二极管、滤光器、一根或多根光纤、光管、LED阵列、光学采样窗口、光学选截窗口、聚焦透镜、蓝宝石或UV级熔融二氧化硅棒、光谱分析仪都是本领域已知的，并且本发明的范围不旨在限于可在本文中所使用的其中任何特定类型或种类。本发明的范围旨在包括使用现在本领域中已知的或将来开发的这种光学组件。
计算机可读存储介质
根据本发明的一些实施例，该装置还可以采用计算机可读存储介质的形式，具有用于执行上述方法的步骤的计算机可执行组件。计算机可读存储介质还可以包括上文所阐述的特征中的一个或多个。
用于多参数水质监测的光学硝酸盐传感器补偿算法
本申请涉及所公开主题的伴随专利申请，其具有序列号No.62/305,742(911-023.4-1//N-YSI-0034)，于2016年3月9日所提交，题为“用于多参数水质监测的光学硝酸盐传感器补偿算法”。在伴随申请中所公开的光学硝酸盐传感器补偿算法可以与本申请中所公开的光学硝酸盐传感器结合，反之亦然。
本发明的范围
尽管已经参考一个示例性实施例所描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且等同物可以替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，其旨在本发明不限于本文所公开的(一个或多个)特定实施例以作为用于施行本发明的最佳方式。
Claims (25)
1.一种装置，包括：
信号处理器或信号处理模块，被配置为：
接收信令，所述信令包含关于测量(M)并且还关于参考样本(R)的信息，所述测量(M)是水中所溶解的硝酸盐对UV光的UV吸光率的测量(M)，所述UV光由UV LED所生成、中心在229nm处并且穿过在传感器主体的规定区域内的有限体积的水，所述参考样本(R)是不穿过所述有限体积的水的所述UV光的部分的参考样本(R)；以及
基于所接收的所述信令来确定包含关于在所述水中所溶解的硝酸盐浓度的信息的对应信令。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述信号处理器或信号处理模块被配置为基于以下方程来确定所述UV吸光率的所述测量：
吸光率＝-log(光学透射率)＝-log(M/a R)，
其中a是能够针对电增益归一化进行调整的比例常数。
3.根据权利要求1所述的装置，其中包含关于所述测量(M)的信息的所述信令是从测量光电二极管测量和接收的，在所述测量光电二极管处光电流被生成，并且随后经由互阻抗放大器被转换成电压。
4.根据权利要求1所述的装置，其中包含关于所述参考样本(R)的信息的所述信令是从参考光电二极管测量和接收的，在所述参考光电二极管处光电流被生成，并且随后经由互阻抗放大器被转换成电压。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述UV光在变化的路径长度上穿过所述有限体积的水，所述变化的路径长度取决于针对所确定的所述硝酸盐浓度的感兴趣的浓度范围。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括所述传感器主体，所述传感器主体被配置有在所述规定区域内的所述有限体积的水的路径长度。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述传感器主体包括单元间隔器，所述单元间隔器被配置在所述路径长度的一部分内。
8.根据权利要求5所述的装置，其中所述传感器主体包括可变单元，所述可变单元被配置为利用用于确定在所述水中所溶解的高硝酸盐浓度的第一路径长度来适配，或者利用用于确定在所述水中所溶解的低硝酸盐浓度的第二路径长度来适配，其中包括所述第一路径比所述第二路径更短。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述信号处理器或信号处理模块被配置为提供包含关于在所述水中所溶解的硝酸盐浓度的信息的所述对应信令。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述传感器主体的所述规定区域包括：用于包含所述水的采样腔室。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括石英管，以及所述传感器主体的所述规定区域形成所述石英管的一部分。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述传感器主体包括探测器，所述探测器具有用于包含所述水的采样腔室。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述采样腔室是具有第一子腔室和第二子腔室的两部分构造。
14.根据权利要求13所述的装置，其中
所述第一子腔室包括第一子腔室延伸部；
所述第二子腔室包括第二子腔室延伸部；以及
所述第一子腔室延伸部和所述第二子腔室延伸部被配置为形成用于高浓度测量的第一路径或用于低浓度测量的第二路径。
15.根据权利要求14所述的装置，其中用于所述高浓度测量的所述第一路径比用于所述低浓度测量的所述第二路径更短。
16.根据权利要求14所述的装置，其中所述第一子腔室延伸部和所述第二子腔室延伸部被耦合在一起、并且在其间配置有O形环密封件。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述第一子腔室延伸部和所述第二子腔室延伸部被可滑动地耦合在一起。
18.根据权利要求1所述的装置，其中
所述规定区域包括采样腔室；以及
所述装置包括被配置在所述采样腔室一侧的UV LED，以及被配置在所述采样腔室另一侧的滤光器和测量光电二极管的组合。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述装置包括一个或多个光管，每个光管被配置为将光引导到所述采样腔室或从所述采样腔室引导光。
20.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括光电二极管替换模块，所述光电二极管替换模块具有插头、二极管壳体、以及被布置在所述二极管壳体中的测量二极管。
21.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括LED替换模块，所述LED替换模块具有UV LED和参考光电二极管。
22.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括用于多参数水质监测的光学硝酸盐传感器。
23.一种方法，包括以下步骤：
在信号处理器或处理模块中接收信令，所述信令包含关于测量(M)并且还关于参考样本(R)的信息，所述测量(M)是水中所溶解的硝酸盐对UV光的UV吸光率的测量(M)，所述UV光由UVLED所生成、中心在229nm处并且穿过在传感器主体的规定区域内的有限体积的水，所述参考样本(R)是不穿过所述有限体积的水的所述UV光的部分的参考样本(R)；以及
基于所接收的所述信令，在所述信号处理器或处理模块中确定包含关于在所述水中所溶解的硝酸盐的浓度的信息的对应信令。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述方法包括从所述信号处理器或信号处理模块提供包含关于在所述水中所溶解的硝酸盐的浓度的信息的所述对应信令。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述方法包括利用所述信号处理器或信号处理模块基于以下方程来确定所述UV吸光率的所述测量：
吸光率＝-log(光学透射率)＝-log(M/a R)，
其中a是能够针对电增益归一化进行调整的比例常数。
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