CN205844193U - 非接触式水中油传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非接触式水中油传感器，包括外壳体和内表面光滑且伸入到外壳体内的导管，以及设置在外壳体内的传感测试装置，传感测试装置包括底座和双光路信号探测器，双光路信号探测器上连接有光陷阱，双光路信号探测器包括内壳体以及设置在内壳体内的光源发生器、分光器、参比光路探测器和测量光路探测器，测量光路探测器包括测量光路入射通道和测量光路通道，测量光路入射通道与测量光路通道交汇位置处设置有测量腔体，测量光路入射通道内靠近测量腔体的位置处设置有第一光学窗口，测量光路通道内靠近测量腔体的位置处设置有第二光学窗口。本实用新型设计新颖，可实现非接触式检测并实时在线监测水中含油量，无污染。

Description

非接触式水中油传感器

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种非接触式水中油传感器。

背景技术

伴随水污染现象愈发严重，水质检测受到越来越广泛的关注，其中矿物油类物质对水体污染变得不容忽视。因此，快速监测水中矿物油类物质含量，实时准确地反映当前水质情况，对于水资源环境的监测管理以及污水处理等方面具有重大现实意义，现如今较为常见的水中油检测方法主要包括红外分光光度法、非色散红外光度法、紫外分光光度法以及紫外荧光法，其中，红外分光光度法、非色散红外光度法和紫外分光光度法的检测步骤比较繁琐，均需要对待测液萃取后才可测试，无法做到实时在线监测；而紫外荧光法在较小浓度范围内虽然可实现水中含油量的实时监测，但目前市场仅有接触式的相关检测装置，存在清洗困难的缺陷，因此，现如今缺少一种结构简单、体积小、成本低、设计合理、可实时在线检测水质的非接触式水中油传感器，可将待测水质通入导管通过双光路信号探测器实现非接触式检测水质，更换或清洗简单，采用双层遮光壳体，可避免由光源、外界环境以及光能量波动对测试结果产生的干扰，低功耗、检测过程无污染。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种非接触式水中油传感器，其设计新颖合理，可实现非接触式检测并实时在线监测水中含油量，连续工作时具有较高稳定性及灵敏度，无污染，低功耗，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种非接触式水中油传感器，其特征在于：包括外壳体和内表面光滑且伸入到外壳体内部用于引导待测水质的导管，以及设置在外壳体内的传感测试装置，所述传感测试装置包括双光路信号探测器和与所述双光路信号探测器相配合的底座，所述双光路信号探测器上连接有与所述双光路信号探测器连通的光陷阱，所述双光路信号探测器包括内壳体以及设置在内壳体内的光源发生器、与所述光源发生器连接的分光器、设置在所述分光器一侧且与所述光源发生器相垂直的参比光路探测器和设置在所述分光器另一侧的测量光路探测器，所述测量光路探测器包括测量光路入射通道和与所述测量光路入射通道相垂直的测量光路通道，所述测量光路入射通道与所述测量光路通道交汇位置处设置有中空结构的测量腔体，所述导管与测量腔体的顶部连通，光陷阱与所述测量光路入射通道和所述测量光路通道的交汇位置处连通，所述测量光路入射通道内靠近测量腔体的位置处设置有第一光学窗口，所述测量光路通道内靠近测量腔体的位置处设置有第二光学窗口。

上述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述光源发生器包括光源入射通道以及设置在所述光源入射通道内的光源和设置在光源后侧的第一凸透镜，光源为LED光源，所述LED光源上接有电源接口，电源接口的一端伸入到所述光源入射通道内与所述光源入射通道固定连接，电源接口的另一端外露在外壳体的外表面上。

上述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述参比光路探测器包括参比反射通道以及依次设置在所述参比反射通道内的第二凸透镜、第三凸透镜和参比光电探测器，第二凸透镜靠近分光器一侧安装，参比光电探测器上接有参比信号输出接口，参比信号输出接口的一端伸入到所述参比反射通道内与所述参比反射通道固定连接，参比信号输出接口的另一端外露在外壳体的外表面上。

上述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述测量光路入射通道内第一光学窗口的前端设置有第四凸透镜，第四凸透镜的主光轴与第一凸透镜的主光轴重合。

上述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述测量光路通道内第二光学窗口后侧依次设置有第五凸透镜、第六凸透镜、滤光片和测量光电探测器，测量光电探测器上接有测量信号输出接口，测量信号输出接口的一端伸入到所述测量光路通道内与所述测量光路通道固定连接，测量信号输出接口的另一端外露在外壳体的外表面上。

上述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述电源接口、参比信号输出接口和测量信号输出接口均为SMA接头；所述光源入射通道、所述参比反射通道、所述测量光路入射通道、所述测量光路通道和所述内壳体加工制作为一体。

上述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述底座固定安装在外壳体内侧面上，底座上设置有测量腔体的底部连通的通孔，外壳体和内壳体均为黑色遮光壳体。

上述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述光陷阱为黑色牛角式光陷阱。

上述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述分光器为薄膜分光器。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过设置外壳体和内壳体双层遮光壳体，可避免由光源、外界环境以及光能量波动对测试结果产生的干扰，便于推广使用。

2、本实用新型通过设置光陷阱，较大程度的削弱光源对测量光路探测器带来的同源干扰，可靠稳定，使用效果好。

3、本实用新型通过设置双光路信号探测器，对光源发出的具有固定频率的脉冲信号经过分光器处理后，得到两路相同频率的光信号，一路光信号直接通过参比光路探测器转换为电流信号；另一路通过待测液后通过测量光路探测器转换为电流信号，测量光路探测器中的测量光路入射通道和测量光路通道上均设置光学窗口，保证光源最大程度的透光，避免空气中的杂质对光源的吸收，减少对比的误差，使用效果好。

4、本实用新型设计新颖合理，体积小，可实现非接触式检测并实时在线监测水中含油量，便于推广使用。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，可实现非接触式检测并实时在线监测水中含油量，连续工作时具有较高稳定性及灵敏度，无污染，低功耗，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

附图标记说明:

1—外壳体； 2—底座； 3—内壳体；

4—分光器； 5—第一凸透镜； 6—光源；

7—电源接口； 8—卡环； 9—第二凸透镜；

10—第三凸透镜； 11—参比光电探测器； 12—第四凸透镜；

13—第一光学窗口； 14—测量腔体； 15—光陷阱；

16—第二光学窗口； 17—第五凸透镜； 18—第六凸透镜；

19—滤光片； 20—测量光电探测器；

21—参比信号输出接口； 22—测量信号输出接口。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括外壳体1和内表面光滑且伸入到外壳体1内部用于引导待测水质的导管，以及设置在外壳体1内的传感测试装置，所述传感测试装置包括双光路信号探测器和与所述双光路信号探测器相配合的底座2，所述双光路信号探测器上连接有与所述双光路信号探测器连通的光陷阱15，所述双光路信号探测器包括内壳体3以及设置在内壳体3内的光源发生器、与所述光源发生器连接的分光器4、设置在所述分光器4一侧且与所述光源发生器相垂直的参比光路探测器和设置在所述分光器4另一侧的测量光路探测器，所述测量光路探测器包括测量光路入射通道和与所述测量光路入射通道相垂直的测量光路通道，所述测量光路入射通道与所述测量光路通道交汇位置处设置有中空结构的测量腔体14，所述导管与测量腔体14的顶部连通，光陷阱15与所述测量光路入射通道和所述测量光路通道的交汇位置处连通，所述测量光路入射通道内靠近测量腔体14的位置处设置有第一光学窗口13，所述测量光路通道内靠近测量腔体14的位置处设置有第二光学窗口16。

如图1所示，所述底座2固定安装在外壳体1内侧面上，底座2上设置有测量腔体14的底部连通的通孔，优选地，外壳体1和内壳体3均为黑色遮光壳体，黑色壳体不反射光线，保证所述光源发生器的光源不减损。

需要说明的是，安装底座2的外壳体1的侧面上开有与所述通孔连通的出水孔，实际使用中，所述导管连通装有待测水质的测量池，测量池内的待测水质经所述导管依次穿过所述双光路信号探测器、底座和外壳体1流出，所述导管内表面光滑是为了避免待测水质流入测量腔体14时变形，流入到测量腔体14中的水柱与第一光学窗口13和第二光学窗口16之间均有间隙，实现非接触式检测待测水质。

本实施例中，所述光源发生器、分光器4、所述参比光路探测器和所述测量光路探测器均设置在内壳体3内，内壳体3设置在外壳体1内，所述导管伸入到外壳体1内且同时与内壳体3内的测量腔体14连通，外壳体1和内壳体3双层的黑色遮光壳体的设置为了保证所述导管引导的待测水质测量环境的不受外界光源以及光能量波动对测试结果产生的干扰。

如图1所示，优选地，所述分光器4为薄膜分光器。

需要说明的是，分光器4倾斜安装在所述光源发生器和所述参比光路探测器上，且所述光源发生器与所述参比光路探测器相垂直布设，分光器4倾斜的角度保证所述光源发生器发出的光路与反射进所述参比光路探测器的光路相垂直，实现所述参比光路探测器中光功率损耗最小。

所述参比光路探测器和所述测量光路探测器分别设置在分光器4的两侧，经分光器4反射后的光线进入所述参比光路探测器，经分光器4透射后的光线进入所述测量光路探测器，所述测量光路探测器包括测量光路入射通道和与所述测量光路入射通道相垂直的测量光路通道，显然经分光器4透射后的光程比经分光器4反射后的光程大，测量光路入射通道和测量光路通道中存在气体干扰，容易吸收所述光源发生器发出的光源，在所述测量光路入射通道内靠近测量腔体14的位置处设置有第一光学窗口13，在所述测量光路通道内靠近测量腔体14的位置处设置有第二光学窗口16，保证经分光器4透射后的光线最大程度的透过，减少光传播路径中能量的损失，同时测量光路入射通道入射的光线照射在测量腔体14中的待测水质水柱上，激发待测水质中油质发出荧光，该荧光作为第二光源经测量光路通道测量。

如图1所示，优选地，所述光陷阱15为黑色牛角式光陷阱。

光陷阱15与所述测量光路入射通道和所述测量光路通道的交汇位置处连通，采用光陷阱15是为了光在通过所述测量光路入射通道、测量腔体14内的待测水质和所述测量光路通道时，路径发生改变，避免光线经过带有待测水质后反射进待测水质，给所述测量光路通道内的光线带来同源干扰，从而带来测量误差。

如图1所示，所述光源发生器包括光源入射通道以及设置在所述光源入射通道内的光源6和设置在光源6后侧的第一凸透镜5，光源6为LED光源，所述LED光源上接有电源接口7，电源接口7的一端伸入到所述光源入射通道内与所述光源入射通道固定连接，电源接口7的另一端外露在外壳体1的外表面上。

需要说明的是，在所述光源发生器的光源器件选取过程中，通过荧光分光光度计，对待测水质提前进行分析实验，根据实验结果确定了该待测水质的最佳激发波长以及荧光波长，荧光分光光度计的实验结果为光源的选取提供了依据。

本实施例中，在所述光源发生器的光源入射通道上依次安装光源6和第一凸透镜5，优选的光源6采用LED光源，电源接口7可接一个具有脉冲调制功能的供电电源，通过具有脉冲调制功能的供电电源的供电，光源6可发出固定频率的脉冲光信号，通过第一凸透镜5将多个汇聚的光信号传至分光器4，第一凸透镜5的设置是为了增强光源6发出的光信号，减少发散的光源。

如图1所示，所述参比光路探测器包括参比反射通道以及依次设置在所述参比反射通道内的第二凸透镜9、第三凸透镜10和参比光电探测器11，第二凸透镜9靠近分光器4一侧安装，参比光电探测器11上接有参比信号输出接口21，参比信号输出接口21的一端伸入到所述参比反射通道内与所述参比反射通道固定连接，参比信号输出接口21的另一端外露在外壳体1的外表面上。

本实施例中，所述参比反射通道内依次设置有第二凸透镜9、第三凸透镜10和参比光电探测器11，经分光器4反射后的光线会出现散射，设置第二凸透镜9和第三凸透镜10两级聚光元件是为了将光源6发出的一路参比信号最大程度的汇聚，并通过参比光电探测器11将光信号转换为电信号输出，便于后续参比信号的采集处理。

如图1所示，所述测量光路入射通道内第一光学窗口13的前端设置有第四凸透镜12，第四凸透镜12的主光轴与第一凸透镜5的主光轴重合。

需要说明的是，光是沿直线传播的信号，第四凸透镜12的主光轴与第一凸透镜5的主光轴重合是为了最大范围的获取经分光器4透射后的光线，如果第四凸透镜12的主光轴与第一凸透镜5的主光轴错位，不可避免的会造成光信号的丢失，采用第四凸透镜12可将所述测量光路入射通道内散射的光线汇聚。

如图1所示，所述测量光路通道内第二光学窗口16后侧依次设置有第五凸透镜17、第六凸透镜18、滤光片19和测量光电探测器20，测量光电探测器20上接有测量信号输出接口22，测量信号输出接口22的一端伸入到所述测量光路通道内与所述测量光路通道固定连接，测量信号输出接口22的另一端外露在外壳体1的外表面上。

需要说明的是，滤光片19选用与油质发出荧光配套的滤光片，根据荧光分光光度计实验的激发波长以及荧光波长的结果，选取供油质发出的荧光的有效波长通过的滤光片。

本实施例中，所述测量光路通道内经第二光学窗口16透射后的光线会出现散射，设置第五凸透镜17和第六凸透镜18两级聚光元件是为了将光源6发出的另一路测量信号最大程度的汇聚，在光的传播路径上不可避免的会出现杂波干扰，设置滤光片19是为了将较大光程上的杂波滤除，保证有效的光信号通过，有效的光信号通过测量光电探测器20将光信号转换为电信号输出，便于后续测量信号的采集处理。

实际安装使用中，第一凸透镜5、第二凸透镜9、第三凸透镜10、第四凸透镜12、第五凸透镜17、第六凸透镜18、第一光学窗口13、第二光学窗口16和滤光片19安装在各个通道上时均通过卡环8活动安装，便于后续的拆卸与更换元件，使用效果好。

如图1所示，所述电源接口7、参比信号输出接口21和测量信号输出接口22均为SMA接头，SMA接头为一种通用接头，SMA接头的选取使得输入信号与输出信号与外部设备连接方便；所述光源入射通道、所述参比反射通道、所述测量光路入射通道、所述测量光路通道和所述内壳体3加工制作为一体。

本实用新型的使用方法为：将参比信号输出接口21和测量信号输出接口22分别接入外部信号调理设备中，所述外部信号调理设备可将参比信号输出接口21和测量信号输出接口22输出端的电信号进行光功率转换，便于对比测量待测水质的水油浓度，将待测水质通入所述导管内，为电源接口7通入一定频率的脉冲电源，脉冲电源为光源6供电，光源6发出一定频率的光信号，该光信号经第一凸透镜5光信号增强传播至分光器4，分光器4将增强的光信号分为两路频率相同的光信号，一路为经分光器4反射后的信号垂直进入参比光路探测器，另一路为经分光器4透射后的信号进入测量光路探测器；进入参比光路探测器的光信号经第二凸透镜9和第三凸透镜10汇聚照射在参比光电探测器11上转换为参比电信号，参比电信号通过参比信号输出接口21进入外部信号调理设备；进入测量光路探测器的光信号经第四凸透镜12聚光后采用第一光学窗口13最大程度的透光，避免光路传播中气体对光线的吸收，经第一光学窗口13后的光线激发测量腔体14内的待测水质发出荧光，该荧光进入所述测量光路通道，测量腔体14内的待测水质后的光陷阱15对光信号起保持作用，避免光线经过带有待测水质后反射进待测水质，给所述测量光路通道内的光线带来同源干扰，所述测量光路通道上的第二光学窗口16最大程度的透光，光线再经过第五凸透镜17和第六凸透镜18汇聚后经滤光片19滤除杂波，滤除杂波的光信号照射在测量光电探测器20上转换为测量电信号，测量电信号通过测量信号输出接口22进入外部信号调理设备，其中，同时多次获取所述参比光路探测器中参比信号输出接口21和所述测量光路探测器中测量信号输出接口22输出的数据，可排除光源变化带来的影响，根据所述测量光路探测器中测量信号输出接口22输出的不同数据计算油质浓度变化，非接触的实现水中油浓度的测量，无污染，低功耗，可连续工作，具有较高稳定性及灵敏度。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种非接触式水中油传感器，其特征在于：包括外壳体(1)和内表面光滑且伸入到外壳体(1)内部用于引导待测水质的导管，以及设置在外壳体(1)内的传感测试装置，所述传感测试装置包括双光路信号探测器和与所述双光路信号探测器相配合的底座(2)，所述双光路信号探测器上连接有与所述双光路信号探测器连通的光陷阱(15)，所述双光路信号探测器包括内壳体(3)以及设置在内壳体(3)内的光源发生器、与所述光源发生器连接的分光器(4)、设置在所述分光器(4)一侧且与所述光源发生器相垂直的参比光路探测器和设置在所述分光器(4)另一侧的测量光路探测器，所述测量光路探测器包括测量光路入射通道和与所述测量光路入射通道相垂直的测量光路通道，所述测量光路入射通道与所述测量光路通道交汇位置处设置有中空结构的测量腔体(14)，所述导管与测量腔体(14)的顶部连通，光陷阱(15)与所述测量光路入射通道和所述测量光路通道的交汇位置处连通，所述测量光路入射通道内靠近测量腔体(14)的位置处设置有第一光学窗口(13)，所述测量光路通道内靠近测量腔体(14)的位置处设置有第二光学窗口(16)。

2.按照权利要求1所述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述光源发生器包括光源入射通道以及设置在所述光源入射通道内的光源(6)和设置在光源(6)后侧的第一凸透镜(5)，光源(6)为LED光源，所述LED光源上接有电源接口(7)，电源接口(7)的一端伸入到所述光源入射通道内与所述光源入射通道固定连接，电源接口(7)的另一端外露在外壳体(1)的外表面上。

3.按照权利要求2所述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述参比光路探测器包括参比反射通道以及依次设置在所述参比反射通道内的第二凸透镜(9)、第三凸透镜(10)和参比光电探测器(11)，第二凸透镜(9)靠近分光器(4)一侧安装，参比光电探测器(11)上接有参比信号输出接口(21)，参比信号输出接口(21)的一端伸入到所述参比反射通道内与所述参比反射通道固定连接，参比信号输出接口(21)的另一端外露在外壳体(1)的外表面上。

4.按照权利要求3所述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述测量光路入射通道内第一光学窗口(13)的前端设置有第四凸透镜(12)，第四凸透镜(12)的主光轴与第一凸透镜(5)的主光轴重合。

5.按照权利要求4所述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述测量光路通道内第二光学窗口(16)后侧依次设置有第五凸透镜(17)、第六凸透镜(18)、滤光片(19)和测量光电探测器(20)，测量光电探测器(20)上接有测量信号输出接口(22)，测量信号输出接口(22)的一端伸入到所述测量光路通道内与所述测量光路通道固定连接，测量信号输出接口(22)的另一端外露在外壳体(1)的外表面上。

6.按照权利要求5所述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述电源接口(7)、参比信号输出接口(21)和测量信号输出接口(22)均为SMA接头；所述光源入射通道、所述参比反射通道、所述测量光路入射通道、所述测量光路通道和所述内壳体(3)加工制作为一体。

7.按照权利要求1所述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述底座(2)固定安装在外壳体(1)内侧面上，底座(2)上设置有测量腔体(14)的底部连通的通孔，外壳体(1)和内壳体(3)均为黑色遮光壳体。

8.按照权利要求1所述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述光陷阱(15)为黑色牛角式光陷阱。

9.按照权利要求1所述的非接触式水中油传感器，其特征在于：所述分光器(4)为薄膜分光器。