CN204945047U - 一种在线荧光法溶解氧传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种在线荧光法溶解氧传感器，包括测量单元、水质预过滤单元、出线电缆以及密封壳体；其中，测量单元包括测量光路及信号处理电路；水质预过滤单元包含滤网、滤网压环、自调节承力环，滤网为铜网，与滤网压环、自调节承力环配套使用；测量单元和水质预过滤单元位于密封壳体中，出线电缆位于密封壳体外，出线电缆的一端连接于测量单元。本实用新型采用能抑菌生长的铜网隔离，能很好地隔离水体中各种细菌微生物与溶解氧传感膜的接触，避免影响溶解氧传感膜对氧通过性，并具有一定的耐冲击力、耐压特性，大大延长使用寿命和确保测量精度和稳定性。

Description

一种在线荧光法溶解氧传感器

技术领域

本实用新型涉及一种在线荧光法溶解氧传感器，尤其涉及一种带过滤及线缆保护装置的在线荧光法溶解氧传感器，可应用于海洋水质监测、水产养殖水质监测、地表水检测、污水生化处理工艺过程、工业废水处理工艺过程。

背景技术

无论是天然水还是污水都会溶解一些气体，其来源有以下几个方面：空气中的氮和氧；水中有机物分解的产物二氧化碳；水生生物的新陈代谢(如藻类等水生生物的呼吸)作用产生的氧气和二氧化碳。溶解在水中的分子态氧称为溶解氧(DissolvedOxygen，DO，单位为mg/L)。

天然水体中的溶解氧含量取决于水体与大气中氧的平衡。水中溶解氧的饱和含量与大气压力及氧分压、水体温度和含盐量等参数有关。未受污染的水中溶解氧呈饱和状态。当水体受污染后，由于好氧菌的存在将不断消耗水中的溶解氧，如果得不到空气的及时补充，则水的溶解氧就会逐渐减少，最终导致水体变质。所以把溶解氧作为水质污染程度的一项指标；溶解氧越少，表明污染程度越严重。当溶解氧低于4mg/L时鱼类就难以生存，低于2mg/L时水体便产生臭味。

溶解氧检测仪是测量水中溶解氧含量的仪器，从功能上分为离线式和在线式两大类；前者用于实验室常规分析或现场抽查测试；后者用于水处理工程或水环境监测，例如污水生化处理工艺过程、工业废水处理工艺过程、地表水检测、水产养殖监测等。

从测量方法分，溶氧测量有碘量法、化学电极法。而化学电极法又分为原电池法、极谱法。其中，极谱法应用较普遍，广泛应用于各领域。碘量法测量过程复杂、周期长，适合试验室测量。化学电极法易受水中各种杂质干扰、测量准确性低、需要定期更换电解液，使用维护都不方便。

近年来出现一种新的溶解氧测量方法——荧光法，相对于化学电极法，荧光法测量溶解氧，在稳定性、抗干扰性、测量精度、寿命、易维护性等方面都得到了改善；在实际应用中，由于水质状况差别较大，溶解氧探头都需增加自清洗装置，一般清洗时都用清洗刷，这增加了传动机构，清洗刷对传感器摩擦，也降低了传感器的寿命。

以下几篇为本领域的现有文献：

1、一种溶解氧传感器探头清洗装置(实用新型申请号201320284046)

该文献公开了一种溶解氧传感器探头清洗装置，包括清洗装置和驱动装置；所述清洗装置包括喷头、洗刷装置和清洗液储罐，所述喷头和洗刷装置通过管道与清洗液储罐连通；所述驱动装置包括竖直驱动装置和水平驱动装置，所述竖直驱动装置的活动杆与溶解氧传感器连接；所述水平驱动装置的活动杆与竖直驱动装置的主体连接；所述喷头和洗刷装置设于溶解氧传感器探头下方，所述洗刷装置包括电机和与之连接的洗刷头。清洗时，通过驱动装置控制传感器探头处于喷头或洗刷头的清洗范围内，喷头或洗刷头对其进行清洗，与现有技术相比，具有自动化程度高、清洗效率高等优点。

2、一种带自动清洗功能的传感器检测装置(实用新型申请号201320536040)

该文献公开了一种有自动清洁功能的在线溶解氧检测装置，包括探头和主机；该探头具有机身、溶解氧荧光检测组件和清洁转刷组件，该机身形成有第一容置腔和第二容置腔，该溶解氧荧光检测组件具有溶解氧传感膜，该清洁转刷组件具有减速电机和的清洁转刷，该清洁转刷的清洁面与溶解氧传感膜位于同一平面并可在减速电机的带动下清洁溶解氧传感膜；该主机具有处理器和GPRS模块，该处理器通过电缆与探头相连并对溶解氧荧光检测组件采集的数据进行运算处理，该处理器与GPRS模块相连而以短信的方式发送至养殖管理者。本实用新型可利用转刷来去除溶解氧荧光膜表面附着的生物，从而具有操作方便以及无生物毒性的特点。

3、一种带有自清洁装置的溶解氧传感器(实用新型申请号201120485851)

该文献公开了一种带有自清洁装置的溶解氧传感器，包括溶解氧传感器和清洁刷；其特征在于：所述的溶解氧传感器的传感端设有清洁刷；本实用新型的有益效果在于：将清洁刷安装与溶解氧传感器的周边，及时对传感器周边的污物进行清洗，保证传感器传输数据的准确性。

4、一种在线荧光法溶解氧分析仪(实用新型申请号201120549638)

该文献公开了一种在线荧光法溶解氧分析仪，在线荧光法溶解氧分析仪包括主控制和探头两部分。其中探头采用具有高速数据处理能力的16位的DSP芯片TMS320VC5402，主要完成数据采集和数据处理。控制器部分主芯片采用M3062FCNGP，主要完成和探头电路以及其它外围电路的通信以及相关的命令控制。与此同时，在线溶氧仪提供了大量能与外界进行数据交换的数据接口结构，如RS232、RS485、USB等，方便将数据快速融入其他网络。本实用新型体积小、功耗低、成本低，且功能齐全、接口丰富，完全能满足复杂条件下水中溶解氧含量检测的要求。

以上文献所公开的技术中，存在以下缺陷：

1)传感器或探头智能化程度不够，需要外接变送器或仪表；

2)清洁方式复杂、不可靠，容易进水导致电器损坏，不利于深海水质监测；同时使用电机带动，功耗高，不适合太阳能供电；

3)清洁刷对溶解氧传感膜不间断地磨损，影响产品的使用寿命；

4)没有避免水体中悬浮物、小颗粒、鱼、苗、卵等对溶解氧传感膜造成的不断冲击和细菌微生物等附着生长繁殖，不间断地影响测量精度，仅靠间隔时间段旋转清洗，不能时刻保证测量精度；

5)电极引出线未加保护，当传感器处于水下较深时，容易被拉断或咬破。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种在线荧光法溶解氧传感器，确保仪表检测部件非工作状态下的零磨损，避免溶液中任何掺杂物和细菌微生物等造成不良影响。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种在线荧光法溶解氧传感器，其特征在于，包括：测量单元、水质预过滤单元、出线电缆以及密封壳体；其中，所述测量单元包括测量光路及信号处理电路；所述水质预过滤单元包含滤网、滤网压环、自调节承力环；所述滤网为铜网，与所述滤网压环、所述自调节承力环配套使用；所述测量单元和所述水质预过滤单元位于所述密封壳体中，所述出线电缆位于所述密封壳体外，所述出线电缆的一端连接于所述测量单元。

本实用新型的有益效果是：采用能抑菌生长的铜网隔离，能很好地隔离水体中各种细菌微生物与溶解氧传感膜的接触，避免影响溶解氧传感膜对氧通过性，并具有一定的耐冲击力、耐压特性，大大延长使用寿命和确保测量精度和稳定性。此外，由于不用清洁刷的方式清洁传感器表面，而是基于铜网的预过滤技术，减少了水中杂质对测量的干扰，同时也避免水中生物的附着，提高了测量的准确性，并增加了传感器的使用寿命；去掉了控制清洁刷的电机，也减少了传感器的功耗。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述水质预过滤单元还包含石英玻璃、密封圈以及连接结构，所述水质预过滤单元通过所述连接结构连接至所述密封壳体的大端，在所述自调节承力环与所述连接结构之间设有所述石英玻璃和所述密封圈。

采用上述进一步方案的有益效果是，保证了壳体内部的密封性。

进一步，所述测量光路包含荧光膜、滤光片、光电探测器、激发光源和参比光源。

采用上述进一步方案的有益效果是，利用荧光法测量溶解氧，在稳定性、抗干扰性、测量精度、寿命、易维护性等方面都得到了改善。

进一步，所述信号处理电路包含信号放大电路、温度测量电路、微处理器控制电路、存储电路、模拟输出电路及数字输出电路。

采用上述进一步方案的有益效果是，采用智能化、集成化的测量方式，测量值可通过GPRS模块(或其他无线模块)直接输出至网络；传感器带数据记录功能，可存储至少最近6个月的溶解氧及温度值，一旦网络出现故障时，传感器内置的记录可保证采集的数据连贯性；且增加了模拟输出功能，传感器可输出电压或电流信号供其他数据采集模块采集显示。

进一步，所述出线电缆外设有出线电缆保护套、所述出线电缆及所述出线电缆保护套通过连接件与所述测量单元相连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，采用了保护套这一专用结构，确保安装可靠、密封可靠，保护电缆不被海水水中鱼类咬破或由于水流较急而扯断电缆。

进一步，在所述密封壳体的小端粘结所述荧光膜。

采用上述进一步方案的有益效果是，结构紧凑、美观实用。

附图说明

图1为本实用新型一种在线荧光法溶解氧传感器的结构示意图；

图2为本实用新型一种在线荧光法溶解氧传感器的测量光路示意图；

图3为本实用新型一种在线荧光法溶解氧传感器的信号处理电路示意图；

图4为本实用新型一种在线荧光法溶解氧传感器的水质预过滤单元的剖面示意图；

图5为本实用新型一种在线荧光法溶解氧传感器的出线电缆及其保护套的结构示意图；

图6为本实用新型一种在线荧光法溶解氧传感器组装后的平面和立体图。

在图1到图6中，各标号所表示的部件名称列表如下：

10测量单元

101测量光路

1011荧光膜

1012滤光片

1013光电探测器

1014激发光源

1015参比光源

102信号处理电路

1021信号放大电路

1022温度测量电路

1023微处理器控制电路

1024存储电路

1025模拟输出电路

1026数字输出电路

20水质预过滤单元

201滤网

202滤网压环

203自调节承力环

204石英玻璃

205密封圈

206连接结构

30出线电缆

301出线电缆保护套

302连接件

40密封壳体

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

请先参照图1，其为本实用新型一种在线荧光法溶解氧传感器的结构示意图，包括：测量单元10、水质预过滤单元20、出线电缆30以及密封壳体40；其中，测量单元10和水质预过滤单元20位于密封壳体40中，出线电缆30位于密封壳体40外，出线电缆30的一端连接于测量单元。

测量单元10主要包括测量光路101及信号处理电路102。如图2所示，测量光路101包含荧光膜1011、滤光片1012、光电探测器1013、激发光源1014和参比光源1015；如图3所示，信号处理电路102包含信号放大电路1021、温度测量电路1022、微处理器控制电路1023、存储电路1024、模拟输出电路1025及数字输出电路1026。

请结合图2和图3所示测量光路101及信号处理电路102，其中，激发光源1014和参比光源1015由微处理器控制电路1023控制，分时发光。参比光源1015发出的参比光可通过滤光片1012直接被光电探测器1013检测，进入信号放大电路1021；激发光源1014发出的激发光照到荧光膜1011上，产生荧光，荧光经过滤光片1012被光电探测器1013检测，进入信号放大电路1021。信号放大电路1021将光电探测器1013产生的微弱光电流信号放大并转成电压信号，进入微处理器控制电路1023；微处理器控制电路1023采集放大后的电压信号进行相位解析、溶解氧饱和度及浓度还原等运算。温度测量电路1022中采用了NTC热敏电阻，温度越高电阻越低，通过测量两端电阻就可得到温度。微处理器控制电路1023得到所测量的温度后，对溶解氧饱和度及浓度进行温度补偿，并将溶解氧浓度测量值及温度测量值保存在存储电路1024中，同时将溶解氧浓度测量值及温度测量值通过模拟输出电路1025及数字输出电路1026进行输出。

接下来，请再参照图4，其为本实用新型一种在线荧光法溶解氧传感器的水质预过滤单元的剖面示意图。如图4所示，水质预过滤单元20包含特定目数的滤网201、滤网压环202、自调节承力环203、石英玻璃204、密封圈205以及连接结构206。其中，滤网201采用一定目数的铜网制作，与滤网压环202、自调节承力环203配套使用，三者配合紧密、机构紧凑，具有一定的耐压和受外力冲击特性。水质预过滤单元20通过连接结构206连接至密封壳体40的大端，为了保证壳体内部的密封性，在自调节承力环203与连接结构206之间设有凸型的石英玻璃204和密封圈205。于是，水质预过滤单元20通过铜质的滤网201把外界水样的杂质等不利因素隔绝开来，而水样中的溶解氧则可通过铜质的滤网201进入到溶解氧传感器中；由于生物无法在金属铜制品上生存，所以可长时间保持铜质滤网的透过性，进而使溶解氧传感器维持稳定精准的测量。此外，测量光路101及信号处理电路102也处于密封壳体40中，保证内部光路和电路都不会进水；密封壳体40的小端还粘结了荧光膜，可与被测水样接触。

接下来，请再参照图5，其为本实用新型一种在线荧光法溶解氧传感器的出线电缆及其保护套的结构示意图。如图所示，在出线电缆30外设有出线电缆保护套301，通过连接件302与测量单元10(本图未示出)相连接。出线电缆30除将测量信号引出水面，还承担传感器自身重量。因此在海洋监测中，如果单独使用溶氧传感器进行测量，电极电缆极易被扯断或被咬断。所以本实用新型对传感器的出线电缆做了特殊保护，增加了出线电缆保护套301，出线电缆保护套301的一端与测量单元10尾部密封相连，保证保护套内不进水，而另一端则在水面上方，可与出线电缆固定在一起。

最后，请再参照图6，其为本实用新型一种在线荧光法溶解氧传感器组装后的平面和立体图。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种在线荧光法溶解氧传感器，其特征在于，包括：测量单元(10)、水质预过滤单元(20)、出线电缆(30)以及密封壳体(40)；其中，

所述测量单元(10)包括测量光路(101)及信号处理电路(102)；

所述水质预过滤单元(20)包含滤网(201)、滤网压环(202)、自调节承力环(203)；所述滤网(201)为铜网，与所述滤网压环(202)、所述自调节承力环(203)配套使用；

所述测量单元(10)和所述水质预过滤单元(20)位于所述密封壳体(40)中，所述出线电缆(30)位于所述密封壳体(40)外，所述出线电缆(30)的一端连接于所述测量单元(10)。

2.根据权利要求1所述的在线荧光法溶解氧传感器，其特征在于，所述水质预过滤单元(20)还包含石英玻璃(204)、密封圈(205)以及连接结构(206)，所述水质预过滤单元(20)通过所述连接结构(206)连接至所述密封壳体(40)的大端，在所述自调节承力环(203)与所述连接结构(206)之间设有所述石英玻璃(204)和所述密封圈(205)。

3.根据权利要求1所述的在线荧光法溶解氧传感器，其特征在于，所述测量光路(101)包含荧光膜(1011)、滤光片(1012)、光电探测器(1013)、激发光源(1014)和参比光源(1015)。

4.根据权利要求1所述的在线荧光法溶解氧传感器，其特征在于，所述信号处理电路(102)包含信号放大电路(1021)、温度测量电路(1022)、微处理器控制电路(1023)、存储电路(1024)、模拟输出电路(1025)及数字输出电路(1026)。

5.根据权利要求1～4任一项所述的在线荧光法溶解氧传感器，其特征在于，所述出线电缆(30)外设有出线电缆保护套(301)，所述出线电缆(30)及所述出线电缆保护套(301)通过连接件(302)与所述测量单元(10)相连接。

6.根据权利要求3所述的在线荧光法溶解氧传感器，其特征在于，在所述密封壳体(40)的小端粘结所述荧光膜(1011)。