CN210720144U - 一种洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置，包括外壳体；所述外壳体的一端开设有供洗涤水流通的通槽，且通槽将外壳体的该端分隔成第一腔室、第二腔室；所述第一腔室、第二腔室分别内置有用于测量表面活性剂浓度的光学元件，通槽的两侧壁上对应光学元件分别开设有若干第一透光孔；所述第一腔室对应的通槽侧壁上固定有复合带通滤光片，第二腔室对应的通槽侧壁上固定有石英窗片，复合带通滤光片、石英窗片均覆盖对应通槽侧壁上的第一透光孔布置。本实用新型结构简单紧凑，实现了洗涤用水中洗涤剂残留的快速检测，可以有效排除液体的颜色和浑浊度带来的干扰，检测精度大大提高。

Description

一种洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置

技术领域

本实用新型涉及液态物质的浓度成分检测技术及传感器技术，尤其涉及一种洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置。

背景技术

表面活性剂(surfactant)，是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为疏水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而疏水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。表面活性剂分为离子型表面活性剂(包括阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂)、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。

表面活性剂的这一特性使得其具备去垢、洗涤作用，去除油脂污垢是一个比较复杂的过程。家用洗涤剂的大量使用，在给人们生活、工农业生产带来极大方便的同时，也给环境带来了污染。表面活性剂进入水体后，不仅会影响水体环境的美观，而且会导致水质恶化。研究表明，当水体中阴离子表面活性剂浓度达到2mg/L时，就会使水体表面产生大量泡沫，泡沫的形成会阻断水体与大气的交换，从而导致水体中溶解氧的含量下降，造成水质恶化，甚至发出臭味，严重影响水体的自净能力。此外，进入水体后的阴离子表面活性剂会与水体中的其他污染物结合形成胶体颗粒，此胶体颗粒会严重影响污水的物理化学性质。因此，对生活污水中阴离子表面活性剂的处理及排放的控制显得尤为重要。

溶液中不同的表面活性剂具有特定的光谱吸收特性，其在收到能量较高的光激发时也能够产生特定的荧光、磷光光谱。采用光谱分析的方式判断表面活性剂在溶液中的浓度具有理论可行性。然而，现有采用光谱分析的表面活性剂浓度检测装置，结构复杂，检测时往往受到液体的颜色和浑浊度的干扰，导致检测精度不高等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置，结构简单紧凑，实现了洗涤用水中洗涤剂残留的快速检测，可以有效排除液体的颜色和浑浊度带来的干扰，检测精度大大提高。

为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置，包括外壳体；所述外壳体的一端开设有供洗涤水流通的通槽，且通槽将外壳体的该端分隔成第一腔室、第二腔室；所述第一腔室、第二腔室分别内置有用于测量表面活性剂浓度的光学元件，通槽的两侧壁上对应光学元件分别开设有若干第一透光孔；所述第一腔室对应的通槽侧壁上固定有复合带通滤光片，第二腔室对应的通槽侧壁上固定有石英窗片，复合带通滤光片、石英窗片均覆盖对应通槽侧壁上的第一透光孔布置。

较佳地，所述复合带通滤光片包括若干带通干涉滤光区，若干带通干涉滤光区分别为可以透过不同波段的带通干涉滤光区。

较佳地，所述若干带通干涉滤光区附着分布在石英基板上，石英基板布置在远离第一透光孔的一侧。

较佳地，所述外壳体的另一端内设有嵌入式微处理器、连接器；所述嵌入式微处理器用于接收第一腔室、第二腔室内光学元件的检测信号，并将检测信号处理后经连接器输出至外部系统。

较佳地，所述第一腔室内的光学元件设于第一电路板上，第二腔室内的光学元件设于第二电路板上，嵌入式微处理器、连接器设于第三电路板上。

较佳地，所述快速检测装置还包括嵌入外壳体内布置的固定支架，其横截面呈门型构造；所述固定支架的门型两竖端设有分别插入第一腔室、第二腔室布置，用于固定安装第一电路板、第二电路板；所述固定支架的门型横端用于固定安装第三电路板。

较佳地，所述固定支架的门型两竖端外侧分别设有用于卡接第一电路板、第二电路板的开槽，每一开槽一一对应第一透光孔开设有第二透光孔。

较佳地，所述连接器所在的外壳体一端还卡接有端盖，连接器穿过端盖布置。

较佳地，所述第一腔室内的光学元件包括在第一电路板长度方向上依次排布的第一光电探测器、光源、第二光电探测器；所述第二腔室内的光学元件包括在第二电路板长度方向上依次排布的第三光电探测器、第四光电探测器、第五光电探测器。

较佳地，所述第一透光孔的中心与光源或光电探测器的中心对准布置。

采用上述方案，本实用新型的有益效果是：

1)在通槽两侧壁固定有石英窗片和石英基底复合带通滤光片，基于多光谱(吸收、散射和荧光)融合检测技术，光源和多个光电探测器的排列方式，保证透射、散射和荧光/磷光信号的有效获取，实现了洗涤用水中洗涤剂残留的快速检测，尤其是可以对较低浓度的表面活性剂残留进行有效检测；可以有效排除液体的颜色和浑浊度带来的干扰，检测精度大大提高；

2)体积小巧、成本低廉，可以在洗衣机、洗碗机等涉及洗涤剂使用的产品和设备上安装使用；

3)通过检测洗涤水中表面活性剂的浓度来指导和优化家电的洗涤程序，在保证衣物清洗效果的同时，减少浪费和避免污染。

附图说明

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型的爆炸图；

图3为本实用新型的剖面结构示意图；

图4为图3中A处的局部放大图；

其中，附图标识说明：

1—外壳体， 2—复合带通滤光片，

3—石英窗片， 4—光学元件，

5—连接器， 6—第一电路板，

7—第二电路板， 8—第三电路板，

9—固定支架， 10—端盖，

11—通槽， 12—第一腔室，

13—第二腔室， 14—第一透光孔，

21—石英基板， 22—带通干涉滤光区，

41—光源， 42—光电探测器，

91—开槽。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

参照图1至4所示，本实用新型提供一种洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置，包括外壳体1；所述外壳体1的一端开设有供洗涤水流通的通槽11，且通槽11将外壳体1的该端分隔成第一腔室12、第二腔室13；所述第一腔室12、第二腔室13分别内置有用于测量表面活性剂浓度的光学元件4，通槽11的两侧壁上对应光学元件4分别开设有若干第一透光孔14；所述第一腔室12对应的通槽11侧壁上固定有复合带通滤光片2，第二腔室13对应的通槽11侧壁上固定有石英窗片3，复合带通滤光片2、石英窗片3均覆盖对应通槽11侧壁上的第一透光孔14布置。

其中，所述复合带通滤光片2包括若干带通干涉滤光区22，若干带通干涉滤光区22分别为可以透过不同波段的带通干涉滤光区。所述若干带通干涉滤光区22附着分布在石英基板21上，石英基板21布置在远离第一透光孔14的一侧。

所述外壳体1的另一端内设有嵌入式微处理器、连接器5；所述嵌入式微处理器用于接收第一腔室12、第二腔室13内光学元件4的检测信号，并将检测信号处理后经连接器5输出至外部系统。所述第一腔室12内的光学元件4设于第一电路板6上，第二腔室13内的光学元件4设于第二电路板7上，嵌入式微处理器、连接器5设于第三电路板8上。

所述快速检测装置还包括嵌入外壳体1内布置的固定支架9，其横截面呈门型构造；所述固定支架9的门型两竖端设有分别插入第一腔室12、第二腔室13布置，用于固定安装第一电路板6、第二电路板7；所述固定支架9的门型横端用于固定安装第三电路板8。所述固定支架9的门型两竖端外侧分别设有用于卡接第一电路板6、第二电路板7的开槽91，每一开槽91一一对应第一透光孔14开设有第二透光孔。所述连接器5所在的外壳体1一端还卡接有端盖10，连接器5穿过端盖10布置。

所述第一腔室12内的光学元件4包括在第一电路板6长度方向上依次排布的第一光电探测器42-1、光源41、第二光电探测器42-2；所述第二腔室13内的光学元件4包括在第二电路板7长度方向上依次排布的第三光电探测器42-3、第四光电探测器42-4、第五光电探测器42-5。所述第一透光孔14的中心与光源41或光电探测器42的中心对准布置。

在外壳体1一端开设通槽11，通槽11将外壳体1的该端端分隔成第一腔室12、第二腔室13，通槽11为用于供洗涤水流过的取样仓。本实用新型在使用时，将开设有通槽11的一端浸入待检测的洗涤水中，洗涤水充满整个通槽11区域。其中，外壳体1采用黑色不透光的材质，外壳体1的通槽11两侧壁上开设有若干第一透光孔14，通槽11两侧壁上的第一透光孔14对称布置，每一第一透光孔14对应的固定支架9的门型竖端上开设有第二透光孔，每一光源41以及每一光电探测器42穿过一第二透光孔布置。

固定支架9的门型两竖端上开设有螺丝孔，第一电路板6、第二电路板7经螺丝固定在开槽91上。光源41和多个光电探测器42的排列方式，其中，光源41排布在第一电路板6的中间，第一光电探测器42-1与第二光电探测器42-2分别插设在光源41两端的第一电路板6上；第三光电探测器42-3、第四光电探测器42-4、第五光电探测器42-5在第二电路板7上依次排布。

一具体实施例，第三电路板8设计有嵌入式微处理器芯片，该芯片的型号为GD32F350G8U6TR；第一/第二/第三/第四/第五光电探测器42具体可以是光电二极管或者光电三极管，优选的方案为紫外增强型硅光电二极管；光源41可以为氘灯、氙灯等复色光源或者发光二极管、激光器等单色光源，优选的方案为UVC波段的深紫外发光二极管。

第一透光孔14的中心与光源41或光电探测器42的中心对准布置，第一透光孔14的直径不大于对应的光电探测器42的有限探测面积，最大限度保证对杂散光的抑制作用。

石英窗片3采用透明石英片，固定在外壳体1的第二腔室13对应的通槽11内侧壁，作为光学窗口用于接收光源41发出经过液体透射和散射后的光线。

复合带通滤光片2以透明石英片为基板，一具体实施例中，复合带通滤光片2上包括三种分别可以透射不同波段的带通干涉滤光区22，分别为第一带通干涉滤光区22-1、第二带通干涉滤光区22-2、第三带通干涉滤光区22-3，三种滤光区是通过化学气相沉积技术附着在石英基板21上的纳米材料涂层，三种滤光区位于石英基板21的内侧(外壳体1接触的内侧)以避免长期浸泡在待测液体中。其中，第一带通干涉滤光区22-1设于第一光电探测器42-1对应的第一透光孔14-1外侧，第一带通干涉滤光区22-1为带通波长320nm-440nm的带通干涉滤光区,配合第一光电探测器42-1可以实现该波段的总荧光(磷光)信号的采集；第三通干涉滤光区22-3设于第二光电探测器42-2对应的第一透光孔14-2外侧，第三通干涉滤光区22-3为带通波长440nm-630nm的带通干涉滤光区,配合第二光电探测器42-2可以实现该波段的总磷光(荧光)信号的采集；第二通干涉滤光区22-2设于光源对应的第一透光孔14-2外侧，第二通干涉滤光区22-2为260-270nm，中心波长265nm的带通干涉滤光区，可允许该波段光线通过，形成中心波长265nm的准单色光，该波段可以灵活调整以获得不同的准单色光。

本实用新型的工作原理如下：

光源41发出的光依次通过第一透光孔14-6、第二带通干涉滤光区22-2照射进入检测液体(流过通槽11的洗涤水)中，然后发生了透射、散射和荧光激发三种效应。

透射效应：从检测液体中透射的光线经过石英窗片3、第一透光孔14-4到达第四光电探测器42-4，经过信号采集电路的转换和输出，获得透射信号S1，透射信号S1携带了液体中溶解的溶质的吸收信息。

散射效应：检测液体中悬浮的颗粒对入射光产生散射作用，散射光经过石英窗片3，分别经过第一透光孔14-3到达第三光电探测器42-3、第五光电探测器42-5，经过采集电路的转换和输出，获得散射信号S2和S3。

荧光激发效应：使得液体发出荧光和磷光，荧光和磷光经过第一带通干涉滤光区22-1、第三带通干涉滤光区22-3，经过第一透光孔14-1、14-2，分别到达第一光电探测器42-1、第二光电探测器42-2，经过采集电路转换和输出，获得荧光/磷光信号S4和S5。

信号S1-S5经过输入进第三电路板8上的嵌入式微处理器芯片(DSP数字信号处理芯片)，经过预先烧录的计算模型(检测方法)计算，输出检测洗涤水中的表面活性剂的浓度含量信息，该信息通过连接器5输出给外部系统。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置，其特征在于，包括外壳体；所述外壳体的一端开设有供洗涤水流通的通槽，且通槽将外壳体的该端分隔成第一腔室、第二腔室；所述第一腔室、第二腔室分别内置有用于测量表面活性剂浓度的光学元件，通槽的两侧壁上对应光学元件分别开设有若干第一透光孔；所述第一腔室对应的通槽侧壁上固定有复合带通滤光片，第二腔室对应的通槽侧壁上固定有石英窗片，复合带通滤光片、石英窗片均覆盖对应通槽侧壁上的第一透光孔布置。

2.根据权利要求1所述的洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置，其特征在于，所述复合带通滤光片包括若干带通干涉滤光区，若干带通干涉滤光区分别为可以透过不同波段的带通干涉滤光区。

3.根据权利要求2所述的洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置，其特征在于，所述若干带通干涉滤光区附着分布在石英基板上，石英基板布置在远离第一透光孔的一侧。

4.根据权利要求1所述的洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置，其特征在于，所述外壳体的另一端内设有嵌入式微处理器、连接器；所述嵌入式微处理器用于接收第一腔室、第二腔室内光学元件的检测信号，并将检测信号处理后经连接器输出至外部系统。

5.根据权利要求4所述的洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置，其特征在于，所述第一腔室内的光学元件设于第一电路板上，第二腔室内的光学元件设于第二电路板上，嵌入式微处理器、连接器设于第三电路板上。

6.根据权利要求5所述的洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置，其特征在于，所述快速检测装置还包括嵌入外壳体内布置的固定支架，其横截面呈门型构造；所述固定支架的门型两竖端设有分别插入第一腔室、第二腔室布置，用于固定安装第一电路板、第二电路板；所述固定支架的门型横端用于固定安装第三电路板。

7.根据权利要求6所述的洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置，其特征在于，所述固定支架的门型两竖端外侧分别设有用于卡接第一电路板、第二电路板的开槽，每一开槽一一对应第一透光孔开设有第二透光孔。

8.根据权利要求4所述的洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置，其特征在于，所述连接器所在的外壳体一端还卡接有端盖，连接器穿过端盖布置。

9.根据权利要求7所述的洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置，其特征在于，所述第一腔室内的光学元件包括在第一电路板长度方向上依次排布的第一光电探测器、光源、第二光电探测器；所述第二腔室内的光学元件包括在第二电路板长度方向上依次排布的第三光电探测器、第四光电探测器、第五光电探测器。

10.根据权利要求9所述的洗涤水中表面活性剂浓度的快速检测装置，其特征在于，所述第一透光孔的中心与光源或光电探测器的中心对准布置。

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