CN203178195U - 一种基于光电传感器的氨气敏电极 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种基于光电传感器的氨气敏电极，包括外电极壳体、电极膜帽、光电传感器、氨分子指示剂、控制器和电极帽，电极膜帽设置在外电极壳体一端，并设置有允许氨气通过的选择性透气薄膜。当水样中的氨分子或其余形态赋存的氨氮通过反应生成的氨分子透过选择性透气薄膜进入氨分子指示剂后，氨分子指示剂发生显色反应；光电传感器根据透射光强度变化产生相应电信号；控制器调节光信号的强弱，并对产生的电信号进行滤波放大，将处理后的电信号传输至处理器，由其根据电信号获取水样中氨氮的浓度；所述电极帽设置于所述外电极壳体的另一端，用于将所述光电传感器密封在所述外电极壳体内部。通过该氨气敏电极，能够有效检测出水样中的氨氮含量。

Description

一种基于光电传感器的氨气敏电极

技术领域

本实用新型涉及水质检测领域，特别是涉及一种基于光电传感器的氨气敏电极。

背景技术

在对水质进行检测时，经常会用到氨气敏电极，以实现对水中氨氮的含量的检测。

氨气敏电极在测定水样中氨氮的含量时，操作简单，无须对水样进行预处理，省去了絮凝沉淀和过滤的操作，节约了分析时间，适合对大批量水样中氨氮含量的测定，尤其对于高浓度的复杂水样，在检测时具有优越性，具备污染少、反应速度快的优点。

因此，随着对水质检测的深入，氨气敏电极的研制也成为了一个研究热点。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于光电传感器的氨气敏电极，具体实施方案如下：

一种基于光电传感器的氨气敏电极，包括：

外电极壳体；

设置在所述外电极壳体一端的电极膜帽，所述电极膜帽设置有允许氨气通过的选择性透气薄膜；

设置在所述外电极壳体内部的光电传感器，以及所述光电传感器内部填充的氨分子指示剂，所述光电传感器产生光信号，以形成透射光，并在当氨气透过所述选择性透气薄膜进入所述氨分子指示剂，导致所述氨分子指示剂发生显色反应，所述光电传感器根据显色反应前后，透射光信号强弱的变化产生相应的电信号；

与所述光电传感器相连接，控制所述光电传感器产生的光信号的强弱，对所述电信号进行滤波放大，并将所述滤波放大后的电信号传输至处理器的控制器，所述处理器在接收到所述电信号后，根据所述电信号计算氨分子指示剂的显色后吸光度，以获取相应的氨氮浓度；

设置在所述外电极壳体的另一端，将所述光电传感器密封在所述外电极壳体内部的电极帽。

优选的，所述光电传感器包括：

光电传感器壳体；

设置在所述光电传感器壳体一端，产生光信号的光源；

设置在所述光电传感器壳体另一端，在所述氨分子指示剂的颜色发生变化时，感受所述透射光信号的强弱变化，并根据所述透射光的变化产生相应的电信号的光电检测器。

优选的，所述控制器包括：

与所述光源相连接，根据接收到的光强调节信息，调节所述光信号强度的光源控制器；

与所述光电检测器相连接，对所述光电检测器产生的电信号进行过滤及放大处理，并将处理后的电信号传输至所述处理器的光敏控制器。

优选的，所述光源控制器包括：

DAC调节器。

优选的，所述光敏控制器包括：

对所述光电检测器产生的所述电信号进行放大处理的运算放大器；

与所述运算放大器相连接，对放大后的电信号进行滤波处理的滤波器。

优选的，所述控制器设置在所述光电传感器内部或设置在所述外电极壳体的外部。

优选的，所述光源为：

复色光源及设置在所述复色光源外的单色器，或LED。

优选的，所述光电检测器为：

硅光二极管。

本申请所公开的基于光电传感器的氨气敏电极，包括外电极壳体、电极膜帽、光电传感器、氨分子指示剂、控制器和电极帽，其中，所述电极膜帽设置在所述外电极壳体的一端，并设置有允许氨气通过的选择性透气薄膜。当待检测的水样氨氮与碱反应产生的氨气透过所述选择性透气薄膜进入所述氨分子指示剂后，会导致所述氨分子指示剂发生显色反应；所述光电传感器产生光信号，并根据所述氨分子指示剂的颜色变化导致的透射光强度的变化，产生相应的电信号；所述控制器用于调节光信号的强弱，并对产生的所述电信号进行滤波放大，将滤波放大后的电信号传输至处理器，以便所述处理器获取水样中氨氮的浓度；所述电极帽设置所述外电极壳体的另一端，用于将所述光电传感器密封在所述外电极壳体内部。通过该基于光电传感器的氨气敏电极，能够有效检测出水样中的氨氮含量。

另外，相对于电化学传感器来说，本申请所应用的光电传感器具有较强的稳定性，和较长的使用寿命，提高了氨气敏电极的质量。并且，所述光电传感器在进行检测时，测量范围内线性相关性更好，有利于处理器获取更精确的测量结果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例公开的一种基于光电传感器的氨气敏电极的结构示意图；

图2为本实用新型实施例公开的一种基于光电传感器的氨气敏电极中光电传感器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例公开的一种光电传感器与控制器的连接关系示意图；

图4为本实用新型实施例公开的又一种光电传感器与控制器的连接关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了实现对水样中氨氮浓度的检测，本方案公开了一种基于光电传感器的氨气敏电极，参见图1所示的结构示意图，所述基于光电传感器的氨气敏电极包括：外电极壳体1、电极膜帽2、光电传感器3、氨分子指示剂、控制器4和电极帽5。

其中，所述电极膜帽2设置在所述外电极壳体的一端，所述电极膜帽2上设置有允许氨气通过的选择性透气薄膜。由于该选择性透气薄膜允许氨气通过，水和离子禁止通过，当水样中的氨分子或以其余形态赋存的氨氮通过反应会生成氨气，如在待检测的水样中加入碱性溶液，如NaOH溶液、KOH溶液后，水样中的铵离子NH₄ ⁺会转变为氨气NH₃逸出，透过所述选择性透气薄膜，进入所述氨气敏电极内部，便于所述光电传感器3对其进行检测。

所述光电传感器3设置在所述外电极壳体的内部，并且，所述光电传感器3的内部填充有氨分子指示剂，当氨气透过所述电极膜帽2上设置的选择性透气薄膜进入所述氨分子指示剂时，会导致所述氨分子指示剂发生显色反应，即发生颜色的变化。所述光电传感器3用于产生光信号，以形成透射光，并在当氨气透过所述选择性透气薄膜，进入所述氨分子指示剂，导致所述氨分子指示剂发生显示反应时，所述光电传感器3根据显色反应前后，透射光信号强弱的变化产生相应的电信号。

所述氨分子指示剂与透过选择性透气薄膜的氨分子发生显色反应，会导致颜色变化，而颜色的深浅与透过氨分子量成正比，因此，通过所述颜色变化能够反映出氨分子的含量，进而反应水体中氨氮的浓度。另外，该显色反应是可逆反应，也就是说，当水样中的氨分子含量较少时，氨分子可通过选择性透气薄膜进入所述水样中。

所述控制器4与所述光电传感器3相连接，用于控制所述光电传感器3产生的光信号的强弱，对所述电信号进行滤波放大，并将所述滤波放大后的电信号传输至处理器，其中，所述处理器以多种形式实现，例如，可以为单片机、PC（personal computer，个人计算机）、工控机等。所述处理器在接收到所述电信号后，根据所述电信号计算氨分子指示剂的显色后吸光度，以获取相应的氨氮浓度，实现对水样的检测。

所述电极帽5设置在所述外电极壳体的另一端，用于将所述光电传感器3密封在所述外电极壳体3的内部，以避免待检测的水样进入外电极壳体3中，影响检测精度。

本申请所公开的基于光电传感器的氨气敏电极，包括外电极壳体、电极膜帽、光电传感器、氨分子指示剂、控制器和电极帽，其中，所述电极膜帽设置在所述外电极壳体的一端，并设置有允许氨气通过的选择性透气薄膜。当待检测的水样通过与碱反应产生的氨气透过所述选择性透气薄膜进入所述氨分子指示剂后，会导致所述氨分子指示剂发生显色反应；所述光电传感器产生光信号，并根据所述氨分子指示剂的颜色变化导致的透射光强度的变化，产生相应的电信号；所述控制器用于调节光信号的强弱，并对产生的所述电信号进行滤波放大，将滤波放大后的电信号传输至处理器，以便所述处理器获取水样中氨氮的浓度；所述电极帽设置所述外电极壳体的另一端，用于将所述光电传感器密封在所述外电极壳体内部。通过该基于光电传感器的氨气敏电极，能够有效检测出水样中的氨氮含量。

另外，相对于电化学传感器来说，本申请所应用的光电传感器具有较强的稳定性，和较长的使用寿命，提高了氨气敏电极的质量。并且，所述光电传感器在进行检测时，测量范围内线性相关性更好，有利于处理器获取更精确的测量结果。

由于氨分子与氨分子指示剂的显色反应是可逆反应，当水样中的氨分子含量较少时，氨分子可通过选择性透气薄膜进入水样中。根据该原理，可对本实用新型公开的氨气敏电极进行清洗，在清洗时，所述氨气敏电极放置于氨分子浓度较低的溶液中，则电极中的氨分子会进入溶液中，完成清洗。

进一步的，参见图2所示的光电传感器的结构示意图，所述光电传感器3包括：光电传感器壳体31、光源32和光电检测器33。

其中，所述光源32设置在所述光电传感器壳体31的一端，用于产生光信号。

所述光电检测器33设置在所述光电传感器壳体31的另一端，在所述氨分子指示剂的颜色发生变化时，所述光电检测器33用于感受所述透射光信号的强度变化，并根据所述透射光强度变化产生相应的电信号，以便处理器在接收到所述电信号后，根据所述电信号计算所述氨分子指示剂的显色后吸光度，从而获取水样中的氨氮浓度。

参见图2所示的结构示意图，所述光电传感器壳体31为一个中间具有半圆形缺口的圆柱体，圆柱体的空余部分填充有氨分子指示剂，所述光源32和光电检测器33分贝设置与所述缺口的两端。

所述光源32以LED（Light Emitting Diode，发光二极管）的形式实现，或者，采用复色光源以及设置在所述复色光源外的单色器实现。所述光电检测器33一般为硅光二极管，能够将光信号转化为相应的电信号。当然，所述光源32和光电检测器33也可以其他形式实现，本方案对此不做限定。

另外，在所述光电传感器3中，还包括密封部件，参见图2，所述密封部件包括：端面密封盖34、端面密封垫35、光源隔离垫片36、密封小垫片37、O形圆38、光敏隔离垫片39，用于避免所述光电传感器3中填充的氨分子指示剂流出，以及水样流入。另外，还包括遮蔽所述光电检测器33的透光玻璃片30。

进一步的，所述控制器4包括光源控制器41和光敏控制器42，其中，所述光源控制器41与所述光源32相连接，用于根据接收到的光源调节信息，调节所述光源产生的光信号的强度；所述光电检测器33与所述光敏控制器42相连接，所述光敏控制器42用于对所述光电检测器33产生的电信号进行过滤及放大处理，并将处理后的电信号传输至所述处理器。

所述光源控制器41包括：DAC（digital-to-analogue converte，数字-模拟转换器）调节器，通过对所述DAC调节器的操作，能够调节所述DAC调节器输出的电流，进而控制所述光源32发出的光信号的强度。在需要调节光信号的强度时，工作人员可以直接对所述光源控制器31进行调节，也可对处理器进行操作，以使所述处理器产生调节信息，并发送至所述光源控制器31，实现光信号的调节。

所述光敏控制器42包括：运算放大器和滤波器，所述运算放大器用于对所述光电检测器33产生的所述电信号进行放大处理，所述滤波器与所述运算放大器相连接，用于对放大后的电信号进行滤波处理，从而实现对所述光电检测器33产生的电信号的处理。另外，在需要对电信号进行处理时，工作人员可直接对所述光敏控制器42进行操作，也可通过所述处理器进行操作，由所述处理器产生相应的调节信息并传输至所述光敏控制器，实现读所述光敏控制器的调节。

另外，所述控制器4和光电传感器3的连接关系可以多种形式实现，所述控制器4设置在所述光电传感器3的内部，或者，所述控制器4设置在所述外电极壳体1的外部。

例如，参见图3所示的光电传感器3与控制器4的连接关系示意图，所述控制器设置在所述外电极壳体1的外部，通过导线实现与所述光电传感器3的连接，其中，所述光源控制器41与所述光源32相连接，所述光敏控制器42与所述光电检测器33相连接，并且，所述控制器4与处理器相连接。这种情况下，当对水样进行检测时，通常将氨气敏电极的外电极壳体1部分放置在待检测的水样中，将控制器放置在水样外。在所述光电传感器3中，填充有氨分子指示剂6。

另外，参见图4所示的光电传感器3与控制器4的连接关系示意图，所述控制器4设置在所述光电传感器3的内部，其中，所述光源控制器41与所述光源32相连接，所述光敏控制器42与所述光电检测器33相连接。在所述光电传感器3中，填充有氨分子指示剂6。

本方案公开了一种基于光电传感器的氨气敏电极，所述氨气敏电极包括外电极壳体、电极膜帽、光电传感器、氨分子指示剂、控制器和电极帽，其中，所述电极膜帽设置在所述外电极壳体的一端，并设置有允许氨气通过的选择性透气薄膜。当待检测的水样与碱反应产生的氨气透过所述选择性透气薄膜进入所述氨分子指示剂后，会导致所述氨分子指示剂的发生显色反应；所述光电传感器产生光信号，并根据所述氨分子指示剂的颜色变化导致的透射光强度的变化，产生相应的电信号；所述控制器用于调节光信号的强弱，并对产生的所述电信号进行滤波放大，将滤波放大后的电信号传输至处理器，以便所述处理器根据所述电信号获取水样中氨氮的浓度；所述电极帽设置在所述外电极壳体的另一端，用于将所述光电传感器密封在所述外电极壳体内部。通过该氨气敏电极，能够有效检测出水样中的氨氮含量。

另外，相对于电化学传感器来说，本申请所应用的光电传感器具有较强的稳定性，和较长的使用寿命，提高了氨气敏电极的质量，有利于减少水样中氨氮的检测的成本。并且，所述光电传感器在进行检测时，测量范围内线性相关性更好，有利于处理器获取更精确的测量结果，测试结果准确可靠。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于光电传感器的氨气敏电极，其特征在于，包括：

外电极壳体；

设置在所述外电极壳体一端的电极膜帽，所述电极膜帽设置有允许氨气通过的选择性透气薄膜；

设置在所述外电极壳体内部的光电传感器，以及所述光电传感器内部填充的氨分子指示剂，所述光电传感器产生光信号，以形成透射光，并在当氨气透过所述选择性透气薄膜进入所述氨分子指示剂，导致所述氨分子指示剂发生显色反应，所述光电传感器根据显色反应前后，透射光信号强弱的变化产生相应的电信号；

与所述光电传感器相连接，控制所述光电传感器产生的光信号的强弱，对所述电信号进行滤波放大，并将所述滤波放大后的电信号传输至处理器的控制器，所述处理器在接收到所述电信号后，根据所述电信号计算氨分子指示剂的显色后吸光度，以获取相应的氨氮浓度；

设置在所述外电极壳体的另一端，将所述光电传感器密封在所述外电极壳体内部的电极帽。

2.根据权利要求1所述的氨气敏电极，其特征在于，所述光电传感器包括：

光电传感器壳体；

设置在所述光电传感器壳体一端，产生光信号的光源；

设置在所述光电传感器壳体另一端，在所述氨分子指示剂的颜色发生变化时，感受所述透射光信号的强弱变化，并根据所述透射光的变化产生相应的电信号的光电检测器。

3.根据权利要求2所述的氨气敏电极，其特征在于，所述控制器包括：

与所述光源相连接，根据接收到的光强调节信息，调节所述光信号强度的光源控制器；

与所述光电检测器相连接，对所述光电检测器产生的电信号进行过滤及放大处理，并将处理后的电信号传输至所述处理器的光敏控制器。

4.根据权利要求3所述的氨气敏电极，其特征在于，所述光源控制器包括：

DAC调节器。

5.根据权利要求3所述的氨气敏电极，其特征在于，所述光敏控制器包括：

对所述光电检测器产生的所述电信号进行放大处理的运算放大器；

与所述运算放大器相连接，对放大后的电信号进行滤波处理的滤波器。

6.根据权利要求1所述的氨气敏电极，其特征在于，所述控制器设置在所述光电传感器内部或设置在所述外电极壳体的外部。

7.根据权利要求2所述的氨气敏电极，其特征在于，所述光源为：

复色光源及设置在所述复色光源外的单色器，或LED。

8.根据权利要求2所述的氨气敏电极，其特征在于，所述光电检测器为：

硅光二极管。

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