CN206906239U - 水质检测探头及水质检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水质检测探头及水质检测仪，涉及光学传感技术领域。该水质检测探头仅仅通过至少两个LED灯、至少两个光照强度传感器以及比色皿就能实现对待测溶液包含的化学物质含量参数的测量，节约成本，小巧携带方便；此外通过设置至少两个LED灯及至少两个光照强度传感器，在至少两个LED灯同时发光时，可使得每个光照强度传感器既可以检测与其对应的LED灯发出的光的强度，也可以检测与其不对应的LED灯发出的光的强度，以此在检测过程中采用多个光路进行测量，以增加水质检测探头对于待测溶液包含的化学物质含量参数的检验精度。

Description

水质检测探头及水质检测仪

技术领域

本实用新型涉及光学传感技术领域，具体而言，涉及一种水质检测探头及水质检测仪。

背景技术

随着工业的高速发展，人们生活需求的不断增大，环境的人为污染日趋严峻。工农业生产及人民生活产生大量生产生活废物和污水，这对地表、地下水资源造成了严重污染，在没有监管条件下对环境造成的危害的事件也越来越多。水产养殖过程对水质好坏依赖性很强，养殖水泊遭到污染后，对水产品的产量和质量是有着十分显著得影响的，所以对于养殖户来说,水质检测和控制是十分重要和迫切需要的,是水产养殖过程中必不可少的。比如：溶解在水中的氧称为溶解氧、氨氮、余氯、硝酸盐、浊度等，这些参量指的是以分子或离子状态存在于各类物质的浓度,是衡量水质的重要指标。

为了检测水中的各类物质含量，目前常用的水质参数检测方法有以下几种：滴定法、电流测定法、分光光度法以及荧光猝灭法等。但上述方法都存在各自的缺陷：滴定法操作复杂，使用化学药品繁多，容易受水中杂质干扰；电流测定法速度较快,但是由于它的透氧膜和电极比较容易老化，当水样中含藻类、硫化物、碳酸盐、油类等物质时，会使透氧膜堵塞或损坏。荧光猝灭法比较复杂，优点是响应速度快(可低于50ms)，并有很好的稳定性，但国内相关技术尚没有成熟。分光光度法能够借助显色剂在水体中使用，容易受水中其他离子干扰。

国内目前对水质检验的常规程序是取样后拿到实验室检验分析，中间的工作环节复杂，导致检测时间长，不能及时得到水质情况。国内一些单位和研究机构已经开发研制出一些小型水质检测探头，一般都基于电流测定法，其速度方面同国外同类仪器还有一定的差距，并且价格昂贵，不利于推广；总的来说，国内市场上大多数商品化水质测量探头都是基于电化学电极的。

上述方法中，分光光度法多被用在非便携检测设备如台式检测仪器上，而电极测量法的适用条件不受限制，台式检测仪器和便携式检测仪器上都有应用，但是电极测量中所用的贵金属电极成本比较高，而且很多电极都依靠国外进口，比如从溶氧电极的成本就可以知道电极法测量的成本较高，而现在市面上主要的便携式水质检测设备几乎都采用电化学电极作为传感器，对于低成本大众化水质测量来说，电极法仍然是不太实际的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种水质检测探头，其结构简单、成本低廉、测量精度高。

本实用新型的另一目的在于提供一种水质检测仪，通过应用上述水质检测探头，能够更加精准地分析水质参数。

本实用新型是这样实现的：

第一方面，本实用新型提供了一种水质检测探头，所述水质检测探头包括不透光的外壳、至少两个LED灯、至少两个光照强度传感器以及比色皿，所述外壳罩设于所述比色皿外，所述比色皿与所述外壳可拆卸连接，每个所述LED灯及每个所述光照强度传感器均设置于所述外壳的内侧壁，每个所述LED灯与一个所述光照强度传感器位于所述比色皿的相对两侧且位置对应，每个所述光照强度传感器用于探测一个所述LED灯发出的并透过所述比色皿的光的强度信号。

进一步地，所述比色皿的截面为正方形，所述水质检测探头包括两个所述LED灯及两个所述光照强度传感器，其中一个所述LED灯、其中一个所述光照强度传感器分别位于所述比色皿横截面的一条对称轴的两端，另一个所述LED灯、另一个所述光照强度传感器分别位于所述比色皿横截面的另一条对称轴的两端。

进一步地，所述比色皿的截面为正八边形，所述水质检测探头包括4个所述LED灯、4个所述光照强度传感器，每个所述LED灯与一个所述光照强度传感器分别位于所述比色皿横截面的一条对称轴的两端。

进一步地，所述水质检测探头还包括检测电路，所述检测电路与所述光照强度传感器电连接，所述检测电路用于检测至少两个所述强度信号并放大所述强度信号。

进一步地，所述水质检测探头还包括限位组件，所述限位组件与所述外壳的内壁连接，所述比色皿与所述限位组件可拆卸连接。

进一步地，所述限位组件包括支架以及限位框，所述支架的一端与所述外壳内的顶部连接，所述支架的另一端与所述限位框连接。

第二方面，本实用新型还提供了一种水质检测仪，包括检测仪本体及水质检测探头，所述检测仪本体与所述水质检测探头可拆卸连接，所述水质检测探头包括不透光的外壳、至少两个LED灯、至少两个光照强度传感器、比色皿以及检测电路，所述外壳罩设于所述比色皿外，所述比色皿与所述外壳可拆卸连接，每个所述LED灯及每个所述光照强度传感器均设置于所述外壳的内侧壁，每个所述LED灯与一个所述光照强度传感器位于所述比色皿的相对两侧且位置对应，每个所述光照强度传感器用于探测一个所述LED灯发出的并透过所述比色皿的光的强度信号，所述检测电路与所述光照强度传感器电连接，所述检测电路用于检测至少两个所述强度信号并放大所述强度信号。

进一步地，所述检测仪本体包括水质检测仪信号处理模块，所述信号处理模块与所述检测电路电连接，所述信号处理模块用于接收所述检测电路传输的至少两个强度信号，并依据所述强度信号计算出待测溶液包含的化学物质含量参数。

进一步地，所述检测仪本体还包括显示模块，所述显示模块与所述信号处理模块电连接，用于显示所述待测溶液包含的化学物质含量参数。

进一步地，所述检测仪本体与所述水质检测探头卡扣连接。

相对现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型提供的一种水质检测探头，该水质检测探头仅仅通过至少两两个LED灯、至少两个光照强度传感器以及比色皿就能实现对待测溶液包含的化学物质含量参数的测量，节约成本，小巧携带方便；此外通过设置至少两个LED灯及至少两个光照强度传感器，在至少两个LED灯同时发光时，可使得每个光照强度传感器既可以检测与其对应的LED灯发出的光的强度，也可以检测与其不对应的LED灯发出的光的强度，以此在检测过程中采用多个光路进行测量，以增加水质检测探头对于待测溶液包含的化学物质含量参数的检验精度。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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。

图1示出了本实用新型第一实施例所提供的水质检测探头的结构示意图。

图2示出了本实用新型第二实施例所提供的水质检测探头的结构示意图。

图3示出了本实用新型所提供的水质检测仪的结构示意图。

图4示出了本实用新型所提供的水质检测仪的电路模块框图。

图标：100-水质检测探头；110-外壳；120-LED灯；130-光照强度传感器；140-比色皿；150-限位组件；160-检测电路；200-水质检测仪；210-检测仪本体；220-信号处理模块；230-显示模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

第一实施例

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种水质检测探头100，用于测量待测溶液包含的化学物质含量参数，需要说明的是，待测溶液包含的化学物质包括但不仅限于溶氧、氨氮、硝酸盐、余氯等。该水质检测探头100包括外壳110、两个LED灯120、两个光照强度传感器130、比色皿140、限位组件150以及检测电路160。其中，外壳110罩设于比色皿140、限位组件150外，限位组件150与外壳110连接，比色皿140与限位组件150可拆卸连接，两个LED灯120及两个光照强度传感器130均设置于外壳110侧壁，检测电路160与两个光照强度传感器130均电连接。

外壳110用于安装限位组件150、两个LED灯120以及两个光照强度传感器130。具体地，限位组件150设置于外壳110内，并与外壳110的内壁连接；两个LED灯120以及两个光照强度传感器130均沿外壳110的内壁设置。应当注意的是，由于水质检测探头100是一种光学器件，光照强度传感器130对于光线比较敏感，因此为水质检测探头100的测量精度考虑，外壳110应当不能透光。

此外，外壳110为半封闭形。具体地，外壳110的一侧设置有开口，该开口用于取/放比色皿140。在本实施例中，外壳110为正方体，但需要注意的是，在其他实施例中，外壳110也可以为其他形状，如圆柱、长方体等，在此不做具体限制。

限位组件150设置于外壳110内部，并与外壳110内壁连接。限位组件150用于安装比色皿140，并与比色皿140可拆卸连接。应当注意的是，为使限位组件150能更好、更稳定的固定比色皿140，限位组件150的结构应当依据比色皿140的形状而具体设计，以使限位组件150与比色皿140之间没有多余的间隙。例如，比色皿140为正方体，限位组件150包括支架以及限位框，该支架的一端与外壳110内的顶部连接，支架的另一端与限位框连接，限位框具有一定的弹性，用于放置比色皿140，此外限位框的形状应当为正方形，以能够严密贴合比色皿140。

此外，由于在光学测量中，光路的稳定性是测量精度的关键点之一，如果将比色皿140活动设置很可能会给光路带来较大的抖动变化，因而通过设置限位组件150以固定比色皿140，能够减小光路中的不确定因素，从而增大水质检测探头100的测量精度。

比色皿140与限位组件150可拆卸连接，用于容纳反应物，其中，反应物为待测液体加入相关显色剂后生成的物质。比色皿140对光有折射、反射、漫反射和吸收的作用，一般地，比色皿140的材质不同，厚薄不同，对光的透光率影响也不同。

在本实施例中，比色皿140的截面为正方形，且位于外壳110的中央位置。通过将比色皿140设置在外壳110中央，可以减少外部杂散光对光路的影响，增大水质检测探头100的测量精度。

两个LED灯120分别设置于外壳110内壁相邻的两个侧面，用于充当水质检测探头100的光源。两个光照强度传感器130分别设置于外壳110内壁相邻的另外两个侧面，用于探测透过所述比色皿140的光的强度信号。

在本实施例中，由于外壳110为正方体，因此外壳110的截面为矩形，可以理解地，外壳110包括两条对称轴。一个LED灯120、一个光照强度传感器130分别位于比色皿140截面的一条对称轴的两端，另一个LED灯120、另一个光照强度传感器130分别位于比色皿140截面的另一条对称轴的两端。通过如此设置，可以使得光路能尽可能趋近于比色皿140的中部，以减小外部杂散光对光路的影响，能够增强水质检测探头100的测量精度。

此外，还需要说明的是，两个LED灯120发散出的光的波长可以一致也可以不一致。在一种优选的实施例中，两个LED灯120发散出的光的波长不一致，从而光照强度传感器130能够检测不同强度的透射光信号，从而通过可通过两种波长分别计算待测溶液包含的化学物质含量参数，减少测量过程中的偶然误差，增强了水质检测探头100的测量精度。

需要说明的是，光照强度传感器130既能检测到与其相对应的LED灯120通过比色皿140投射的光的强度，也能检测到与其不对应的LED灯120通过外壳110反射的光的强度，从而一个光照强度传感器130可以检测到两种不同波长的光，因此也增强了水质检测探头100的测量精度。

另外，光照强度传感器130的选择应当根据光源的强度决定。具体地，当LED灯120发出的光的强度较强时，光照强度传感器130可以采用但不仅限于硅-PIN探测器；当LED等发出的光的强度较弱时，光照强度传感器130可以采用但不仅限于光伏电池。

值得注意的是，LED灯120发出的光波长峰值和光照强度传感器130的波长检测峰值应当与反应物的吸收波长一致。

检测电路160与光照强度传感器130电连接，用于检测强度信号并放大强度信号，并将该放大后的强度信号传输至一信号处理电路。由信号处理电路处理得出待测溶液包含的化学物质含量参数。

第二实施例

请参阅图2，本实用新型实施例还提供了另一种水质检测探头100，需要说明的是，本实用新型实施例所提供的水质检测探头100，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。

与第一实施例不同的是，在本实施例中，比色皿140的截面为正八边形。与之对应地，水质检测探头100包括4个LED灯120及4个光照强度传感器130，4个LED灯120及4个光照强度传感器130皆设置于外壳110内壁。同时，每个LED灯120与其中一个光照强度传感器130对应，并分别设置于比色皿140其中一条对称轴的两端。

通过设置4个LED灯120及4个光照强度传感器130，可以进一步提高水质检测探头100对于待测溶液包含的化学物质参数的测量精度。

此外，还需要说明的是，在其他实施例中，LED灯120及光照强度传感器130的数量也可以为其他，如5个、6个、7个等。一般地说来，LED灯120及光照强度传感器130的数量越多，水质检测探头100的测量精度越高。

第三实施例

请参阅图3及图4，本实用新型实施例提供了一种水质检测仪200，包括检测仪本体210及水质检测探头100，检测仪本体210的与水质检测探头100的可拆卸连接。此外，该水质检测仪200还包括信号处理模块220以及显示模块230，检测电路160、信号处理模块220以及显示模块230依次电连接。

需要说明的是，本实施例中所提到的水质检测探头100可以是第一实施例或第二实施例所提到的任意一种水质检测探头100。

检测仪本体210上开设有凹槽，该凹槽用于放置水质检测探头100。当需要使用水质检测探头100对水质进行检测时，可将水质检测探头100插入该凹槽内。

需要说明的是，本实用新型对于检测仪本体210的形状不做任何限制，检测仪本体210的形状可以是但不仅限于长方体、正方体、圆柱等。

由于水质检测探头100较检测仪本体210而言，水质检测探头100的使用寿命大多小于检测仪本体210的使用寿命。因而通过将水质检测探头100与检测仪本体210可拆卸连接，可以较为方便地更换及维护水质检测探头100。

水质检测探头100与检测仪本体210的可拆卸连接方式可以是但不仅限于卡扣连接、螺纹连接等。

信号处理模块220与检测电路160电连接，用于接收检测电路160传输的信号强度，并依据信号强度计算出表征待测溶液参数的信息。

具体地，信号处理模块220可根据溶液吸光度和浓度之间的关系，即朗伯比尔定律测出带测定参数值，该定律的物理表述是，物理意义是当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度b成正比。

A＝lg(1/T)＝Kbc

其中，A为吸光度；T为透射比，是透射光强度与入射光强度的比值；K为摩尔吸收系数，与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关；c为吸光物质的浓度；b为吸收层厚度。

以溶氧浓度为例，溶氧浓度越高，显色效果越好，显色越好，透光度就减少，吸光度就增加。

显示模块230与信号处理模块220电连接，用于显示表征待测溶液参数的信息。通过显示模块230，用户可以较为直观地获得对于待测液体的测试结果。

使用本实施例所提供的水质检测仪200测量待测溶液包含的化学物质含量参数的工作过程及原理如下：

在待测液体中加入相应显色剂，利用显色剂溶液和水中的溶氧、氨氮、硝酸盐、余氯等的显色反应生成反应物进行显色；将反应物放置于比色皿140中，并将比色皿140放置于外壳110内；打开多个LED灯120使多个LED分别照射比色皿140；每个光照强度传感器130分别检测不同LED灯120散发的经过比色皿140的透射光的强度信号；信号处理模块220依据该强度信号计算出待测溶液包含的化学物质参数；通过显示模块230显示计算结果。

综上所述，本实用新型提供了一种水质检测探头，该水质检测探头仅仅通过至少两两个LED灯、至少两个光照强度传感器以及比色皿就能实现对待测溶液包含的化学物质含量参数的测量，节约成本，小巧携带方便；此外通过设置至少两个LED灯及至少两个光照强度传感器，在至少两个LED灯同时发光时，可使得每个光照强度传感器既可以检测与其对应的LED灯发出的光的强度，也可以检测与其不对应的LED灯发出的光的强度，以此在检测过程中采用多个光路进行测量，以增加水质检测探头对于待测溶液包含的化学物质含量参数的检验精度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种水质检测探头，其特征在于，所述水质检测探头包括不透光的外壳、至少两个LED灯、至少两个光照强度传感器以及比色皿，所述外壳罩设于所述比色皿外，所述比色皿与所述外壳可拆卸连接，每个所述LED灯及每个所述光照强度传感器均设置于所述外壳的内侧壁，每个所述LED灯与一个所述光照强度传感器位于所述比色皿的相对两侧且位置对应，每个所述光照强度传感器用于探测一个所述LED灯发出的并透过所述比色皿的光的强度信号。

2.根据权利要求1所述的水质检测探头，其特征在于，所述比色皿的截面为正方形，所述水质检测探头包括两个所述LED灯及两个所述光照强度传感器，其中一个所述LED灯、其中一个所述光照强度传感器分别位于所述比色皿横截面的一条对称轴的两端，另一个所述LED灯、另一个所述光照强度传感器分别位于所述比色皿横截面的另一条对称轴的两端。

3.根据权利要求1所述的水质检测探头，其特征在于，所述比色皿的截面为正八边形，所述水质检测探头包括4个所述LED灯、4个所述光照强度传感器，每个所述LED灯与一个所述光照强度传感器分别位于所述比色皿横截面的一条对称轴的两端。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的水质检测探头，其特征在于，所述水质检测探头还包括检测电路，所述检测电路与所述光照强度传感器电连接，所述检测电路用于检测至少两个所述强度信号并放大所述强度信号。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的水质检测探头，其特征在于，所述水质检测探头还包括限位组件，所述限位组件与所述外壳的内壁连接，所述比色皿与所述限位组件可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的水质检测探头，其特征在于，所述限位组件包括支架以及限位框，所述支架的一端与所述外壳内的顶部连接，所述支架的另一端与所述限位框连接。

7.一种水质检测仪，其特征在于，包括检测仪本体及如权利要求4所述的水质检测探头，所述检测仪本体与所述水质检测探头可拆卸连接。

8.根据权利要求7所述的水质检测仪，其特征在于，所述检测仪本体包括水质检测仪信号处理模块，所述信号处理模块与所述检测电路电连接，所述信号处理模块用于接收所述检测电路传输的至少两个强度信号，并依据所述强度信号计算出待测溶液包含的化学物质含量参数。

9.根据权利要求8所述的水质检测仪，其特征在于，所述检测仪本体还包括显示模块，所述显示模块与所述信号处理模块电连接，用于显示所述待测溶液包含的化学物质含量参数。

10.根据权利要求7所述的水质检测仪，其特征在于，所述检测仪本体与所述水质检测探头卡扣连接。