CN220251728U - 一种基于分光膜片的toc检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于分光膜片的TOC检测装置，包括紫外光发射及校准电路板、发射光源LED、第一光敏传感器、比色皿、分光膜片、紫外光接收调制电路板、第一光敏传感器和主控电路板，主控电路板基于第一光敏传感器和第二光敏传感器采集的数据，待测溶液的TOC含量。本实用新型的装置安装和使用更加便捷，能够克服现有技术中存在的光衰问题，无需温度补偿措施，得到更加精确的TOC值。
Description
技术领域
本实用新型属于水质检测技术领域，具体涉及一种基于分光膜片的TOC检测装置。
背景技术
TOC(总有机碳)作为水质的一项重要参数，在净饮机等领域应用较多，主要原理是基于朗博比尔定律测量透射光与入射光的强度变化，换算出待测溶液的TOC浓度。水质检测装置一般设有待测溶液一个进水水路、盛装待测溶液的空心比色皿等，大多使用高精度恒流源电路控制一定波长的紫外LED恒流点亮，使得入射光的光强尽量稳定，使用光敏采集电路采集透射光的强度，通过透射光强与入射光强的换算关系实现TOC的检测。
现有技术存在的问题是，即便是uA级别的高精度LED控制恒流源电路，也很难解决因LED个体差异、温度、储藏差异、使用时间长短等因素带来的光衰影响，导致入射光强度不是一个恒定不变的值，使得换算的TOC检测浓度不够精准。
实用新型内容
技术目的：针对上述技术问题，本实用新型提出了一种基于分光膜片的TOC检测装置，能够解决现有技术中解决因光源LED带来的光衰影响，区别于分光棱镜，具有显著的安装和使用便捷性。
技术方案：为实现上述技术目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种基于分光膜片的TOC检测装置，其特征在于，包括：
紫外光发射及校准电路板，其上设有高精度恒流源驱动的发射光源LED和第一光敏传感器，所述发射光源LED用于向分光膜片发出作为入射光的紫外光；
比色皿，用于盛放待测溶液；
分光膜片，用于将入射光分为反射光和透射光，所述反射光由第一光敏传感器采集，透射光穿过分光膜片后射入比色皿中的待测溶液；
紫外光接收调制电路板，其上设置第二光敏传感器，第二光敏传感器用于采集从比色皿穿出的透射光；
主控电路板，电信号连接所述紫外光发射及校准电路板和所述紫外光接收调制电路板，用于接收第一光敏传感器和第二光敏传感器发送的数据，并基于所述数据计算TOC含量。
具体地，所述分光膜片上均匀设置若干均匀等间距分布的、直径相同的贯穿型圆孔，贯穿型圆孔均匀分布在分光膜片上，贯穿型圆孔的面积之和与未开孔区域的面积之和成一固定比例；
所述贯穿型圆孔用于供来自紫外光发射及校准电路板入射光穿过分光膜片，形成所述透射光；未开孔区域用于反射来自紫外光发射及校准电路板入射光，形成所述反射光。
具体地，所述主控电路板包括：
数据接收模块，用于接收第一光敏传感器和第二光敏传感器发送的数据；
计算模块，用于基于所述数据计算TOC含量，计算TOC含量的公式如式(1)：
其中，C表示待测溶液的TOC含量，I1表示紫外光发射及校准电路板上发射光源LED发出的入射光的强度，k和K1均表示标定参数，I2out表示从比色皿穿出、经过待测溶液吸收后的透射光的强度。
具体地，所述主控电路板还包括：参数设置模块，用于输入标定参数k和K1的值；
其中，参数K1根据式(2)，预先通过生产标定的方式确定：
K1＝I2in/I1， (2)
其中，I2in表示穿过分光膜片、射入比色皿前的透射光的强度；I1表示经由分光膜片反射形成的所述反射光的强度。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型利用分光膜片的应用抵消了现有TOC检测装置光衰的影响，检测的TOC值更加精确，且本实用新型的检测方式更加简洁，无需做温度补偿措施，从原理上不会因LED随使用时间、温度波动等因素导致的测量值变化。
附图说明
图1为基于分光膜片的TOC检测装置的结构示意图；
图2为分光膜片的结构示意图；
其中，1-紫外光发射及校准电路板，101-发射光源LED，102-第一光敏传感器；2-分光膜片；3-比色皿；4-紫外光接收调制电路板，401-第二光敏传感器；5-主控电路板。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作详细的说明。
如图1所示，本实用新型涉及一种基于分光膜片的TOC检测装置，该检测装置在结构上包括紫外光发射及校准电路板1、分光膜片2、比色皿3、紫外光接收调制电路板4以及主控电路板5构成，紫外光发射及校准电路板1设有发射光源LED(101)和光敏传感器102，紫外光接收调制电路板4设有光敏传感器401。分光膜片开若干等间距圆孔，由开孔和未开孔圆孔均匀分布在分光膜片上。如图2所示，分光膜片开若干等间距贯穿型圆孔，该圆孔均匀分布在分光膜片上，其面积之和与未开孔区域的面积之和成一固定比例。入射光透过分光膜片上的贯穿型圆孔形成的透射光。
紫外光发射及校准电路板1上采用高精度恒流源驱动的LED(发射光源101)发射的紫外光作为入射光，经指定结构的分光膜片后，将入射光一分为二，即反射光和透射光，反射光为膜片未开孔区域反射回电路板(即紫外光发射及校准电路板)的光源，该光经第一光敏传感器102采集后作为系统校准使用；
透射光为穿过膜片开孔区域后射入比色皿中的待测溶液，该部分光源由第二光敏传感器401完成采集，作为测量支路。记反射光强为I1，透射光强为I2，根据朗博比尔定律模型可得：
I2out＝I2in·e-kCL，
可得其中I2out为输出光强，I2in为透射光强，C为透射溶液浓度，如TOC含量，L为光室度，即光室长度，表示LED光发出位置与传感器接受位置之间的距离，k表示与产品相关的标定参数。该公式可简化为：
故可以通过分析对比I2前后光强的变化可实现被测溶液TOC浓度的测量。
传统方式是固定光源强度I2in，通过检测I2out的变化来换算得出被测浓度，但是实际使用时光源会随着温度、湿度、使用时间等因素的变化而变化，导致入射光不稳定，从而引起测量不准确。
本实用新型会记录反射光与透射光的光强强度比例关系K1，即K1＝I2/I1，其中K1的值与膜片的工艺和开孔大小有关，各装置取值不一样，但固定。故系统可以通过检测I1的光源强度来确定测量支路输入光强I2in的实际值，即I2in＝I1*K1，代入上述公式，得到检测到的溶液浓度为Iout由第二光敏传感器401采集换算得出，I1由第一光敏传感器102采集换算得出。
使用逻辑：使用之前通过生产标定的方式确定k及K1参数。在当被测溶液通过本装置时，I2out会发生变化，随着时间和环境的变化I1也发生相应的变化，此时根据上述公式，可实时换算得出溶液浓度C。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于分光膜片的TOC检测装置，其特征在于，包括：
紫外光发射及校准电路板，其上设有高精度恒流源驱动的发射光源LED和第一光敏传感器，所述发射光源LED用于向分光膜片发出作为入射光的紫外光；
比色皿，用于盛放待测溶液；
分光膜片，用于将入射光分为反射光和透射光，所述反射光由第一光敏传感器采集，透射光穿过分光膜片后射入比色皿中的待测溶液；
紫外光接收调制电路板，其上设置第二光敏传感器，第二光敏传感器用于采集从比色皿穿出的透射光；
主控电路板，电信号连接所述紫外光发射及校准电路板和所述紫外光接收调制电路板，用于接收第一光敏传感器和第二光敏传感器发送的数据，并基于所述数据计算TOC含量。
2.根据权利要求1所述的一种基于分光膜片的TOC检测装置，其特征在于：所述分光膜片上均匀设置若干均匀等间距分布的、直径相同的贯穿型圆孔，贯穿型圆孔均匀分布在分光膜片上，贯穿型圆孔的面积之和与未开孔区域的面积之和成一固定比例；
所述贯穿型圆孔用于供来自紫外光发射及校准电路板入射光穿过分光膜片，形成所述透射光；未开孔区域用于反射来自紫外光发射及校准电路板入射光，形成所述反射光。
3.根据权利要求1所述的一种基于分光膜片的TOC检测装置，其特征在于，所述主控电路板包括：
数据接收模块，用于接收第一光敏传感器和第二光敏传感器发送的数据；
计算模块，用于基于所述数据计算TOC含量，计算TOC含量的公式如式(1)：
其中，C表示待测溶液的TOC含量，I1表示经由分光膜片反射形成的所述反射光的强度，k和K1均表示标定参数，I2out表示从比色皿穿出、经过待测溶液吸收后的透射光的强度。
4.根据权利要求3所述的一种基于分光膜片的TOC检测装置，其特征在于，所述主控电路板还包括：参数设置模块，用于输入标定参数k和K1的值；
其中，参数K1根据式(2)，预先通过生产标定的方式确定：
K1＝I2in/I1， (2)
其中，I2in表示穿过分光膜片、射入比色皿前的透射光的强度；I1表示经由分光膜片反射形成的所述反射光的强度。
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