專利名稱：水質濁度檢測裝置及檢測方法
技術領域：
本發明涉及水質檢測技術領域，具體為一種水質濁度檢測裝置及檢測方法。 背景技術：
環境保護是與人民生活和持續發展密切相關的頭等大事，各處水體水質檢測的問題也日益受到重視。自來水處理后的水質濁度的檢測是一個有待急需解決的重要問題。自來水廠主要以河流、湖泊、水庫等為供水水源，采用的處理工藝為混凝一沉淀 —過濾一消毒。混凝處理是通過混凝劑的作用將水中膠體和懸浮物等雜質聚結成礬花。沉淀和過濾將礬花從所處理的水中分離出去，最后進行消毒處理。混凝處理的對象包括泥沙等無機物，腐殖質和植物殘體等有機物，還包括地表水源水中的病原菌、病毒、致病性原生動物和藻類等微生物等，這些雜質均可不同程度地被結合到礬花中。如賈第蟲和隱孢子蟲等致病性原生動物的個體大，單純的常規氯消毒法無法將其殺死，必須得依靠用混凝、沉淀、過濾等所組成的澄清處理法去除。病毒不具有細胞結構和酶系統，是一種近于無生命的微生物，對常規氯消毒處理的抵抗能力也很強，也主要依靠澄清處理法去除。只有病原菌用常規氯消毒法處理較可靠。因此水的消毒處理效果在很大程度上有賴于澄清處理效果，而澄清處理效果是用濾池出水的濁度表示。因此水的濁度是自來水水質檢測標準的一項重要指標，對濁度檢測的準確度直接影響自來水處理效果，自來水處理的好壞又直接關系到人民的身體健康，因此對水質濁度的檢測顯得尤其的重要。目前，水的濁度分為透射光濁度和散射光濁度兩種。透射光濁度表達的是一種光學效應，表示光線通過渾水層時受到水中顆粒物阻礙的程度。渾水層被可見光照射時，只有一部分光線能通過，通過渾水層的這部分光線稱為透射光，其余的光線被水中的膠體微粒和懸浮物顆粒吸收和反射失去了。膠體微粒的粒徑范圍為Inm至0. 1 μ m，遠小于可見光的波長(可見光的波長范圍為0. 4 0. 76 μ m)，被可見光照射時不會發生光的反射，但會吸收光線(吸收的光線被轉變成向各個方向發射的散射光)，但吸收的光線很弱，所以對透射光強度的影響可以忽略。阻礙光線通過渾水層的主要是粒徑大于可見光波長的懸浮物顆粒， 這些顆粒被可見光照射時會發生光的反射。因此，透射光濁度表達的是水中粒徑大于可見光波長的懸浮物顆粒的濃度，懸浮物顆粒的濃度越高，水的透明度便越低，透射光濁度便越高。測定透射光濁度的方法有多種，其中比濁法需要配置標準渾濁液，過程復雜；光電濁度計最方便并且準確，可儀器昂貴，不適于大量推廣。散射光濁度表達的是水中膠體微粒的濃度，膠體微粒是多分子聚集體，在暗室內被一束強光(例如弧光)照射時，微粒內原子中的電子便發生強迫振動而成了新的發光體，往各方向發射電磁波，由此產生散射光。無數個發光體的綜合便產生丁鐸爾現象(或稱為丁鐸爾效應)，但需要用超顯微鏡才能觀察到此現象。水中膠體微粒濃度越高，散射光越強。懸浮物顆粒和真溶液中的小分子被可見光照射時所發射的散射光非常微弱，可不計，所以散射光濁度表達的是水中膠體微粒的濃度。在1995年以前，我國給水處理中和生活飲用水衛生標準中采用的是透射光濁度，此后改用散射光濁度。由于透射光濁度表達的是懸浮物顆粒的濃度而散射光濁度表達的是膠體的濃度，因此同一水樣的透射光濁度和散射光濁度之間沒有相關性和對應關系。其散射光濁度低，只能表明源水中的膠體和混凝劑水解生成的水不溶物膠體在澄清處理中已充分完全地聚結到絮凝體中除去了，但并不能據此判斷和確定透射光濁度的高低。賈第蟲、隱孢子蟲等致病性原生動物和懸浮物微粒或微絮凝體的處理效果要用濾池出水的透射光濁度表達。但現在的飲用水標準中只有檢測濾池出水的散射光濁度的規定，存在安全隱患。但濾池出水的透射光濁度降低到怎樣的程度才能滿足氯消毒對澄清處理效果的要求，仍有待解決。美國的《飲用水水質標準》中，“渾濁度”這一水質項目中也未標具體數值，只規定在自來水處理中濾池出水的散射光濁度任何時候都不得超過5NTU。關鍵的透射光濁度的具體數值也尚未確定。綜上所述，目前還缺少一種檢測迅速、性能穩定、靈敏度高、成本低且能兼顧散射光濁度和透射光濁度的水質濁度檢測器具和檢測方法。
發明內容
本發明的目的在于設計一種基于石英諧振原理的水質濁度檢測裝置及其檢測方法，采用石英諧振晶片制作傳感探頭，快速和無污染地對水質進行檢測。石英諧振晶片的共振頻率與其表面吸附的被測物質量、被測水的介電常數和磁導率相對應，在不同被測水體中，晶片表面吸附物的質量不同、水體對晶片振動的阻尼大小不同、介電常數和磁導率不同，從而使得振蕩電路中石英諧振晶片的共振頻率發生遷移，根據振蕩電路的輸出頻率即可得到不同水體的雜質含量，雜質包括泥沙等無機物，腐殖質和植物殘體等有機物，還包括細菌、病毒、致病性原生動物和藻類等微生物。本發明設計的水質濁度檢測裝置包括傳感探頭、振蕩電路和頻率采集顯示電路， 傳感探頭包括石英諧振晶片和殼體，殼體及石英諧振晶片整體的比重小于水的比重，石英諧振晶片嵌于殼體底面，二者連接面密封、不透水，石英諧振晶片電極的連接線由殼體上部絕緣引出。所述振蕩電路為晶體振蕩電路，晶體振蕩電路是以傳感器探頭的石英諧振晶片作為電感元件的三點式振蕩電路，傳感探頭的石英諧振晶片的電極接入三點式振蕩電路三極管的基極，晶體振蕩電路的輸出端連接頻率采集檢測電路。所述石英諧振晶片為直徑4mm 20mm，厚0. 2mm 2mm的薄片。防水材料制成的底環，其內徑小于石英諧振晶片的直徑，石英諧振晶片固定于底環上，二者連接面密封、不透水；殼體底部中心有大于石英諧振晶片直徑、小于底環外徑的孔，底環固定于殼體底部，二者連接面密封、不透水，石英諧振晶片在殼體底面孔中露出。殼體外表面覆蓋防水金屬層，防水并屏蔽外界電磁干擾。例如殼體表面可涂覆水性金屬漆。使用本水質濁度檢測裝置的水質濁度檢測方法的具體步驟如下I、水質濁度檢測裝置的傳感器探頭置于待測水體表面因水質濁度檢測裝置的傳感器探頭殼體比重小，本殼體底面向下置于待測水體， 傳感探頭浮在水體表面，處于殼體底面的石英諧振晶片僅底面與水接觸；II、頻率檢測
接通電源，從頻率采集檢測電路得到傳感探頭在待測水體使晶體振蕩電路所產生的頻率值，作為水質濁度檢測參考值。II I、水質濁度判斷水體的水質濁度與對應的頻率成正比，步驟II所測得的頻率越大，水質濁度越高，水質越差。選取農田水、池塘水、自來水、礦泉水、純凈水作為本水質檢測傳感器檢測比較樣本，測得在這些水體的本水質檢測傳感器對應的檢測電路頻率是依次降低的。以合格的自來水對應的頻率為標準，當步驟II所測水體對應頻率小于或等于自來水對應的頻率時，此水水質濁度為合格，可用于生活飲用，反之說明濁度不合格、水質較差，不能直接作為生活飲用水。本發明水質濁度檢測裝置及其檢測方法的優點為1、無需使用任何生化膜修飾， 單純依靠石英諧振晶片的物理性質即可迅速方便地對日常生活用水和工業用水進行實時監測，保障人們日常用水安全，及時發現水體的污染；2、檢測迅速、性能穩定、靈敏度高，且不易受溫度、壓力等環境因素變化的影響；3、可用于自來水廠濾池出水的濁度檢測，本水質濁度的檢測方法所得的水質濁度同時反映了水中的懸浮物顆粒濃度和膠體濃度，從而同時表達了水的散射光濁度和透射光濁度，更有利于保證自來水的健康安全；4、本水質檢測裝置的傳感探頭的殼體僅為數立方厘米，體積小重量輕，便于攜帶；5、傳感探頭可采用現有的石英諧振晶片批量生產，結構簡單、成本低，便于推廣應用。
圖1為本水質濁度檢測裝置實施例電路示意圖；圖2為本水質濁度檢測裝置實施例傳感探頭的立體結構示意圖；圖3為本水質濁度檢測裝置實施例傳感探頭的底面仰視圖；圖4為本水質濁度檢測裝置實施傳感探頭的縱剖面示意圖；圖5為本水質濁度的檢測方法實施例傳感探頭放置水中情況示意圖；圖6為本水質濁度的檢測方法實施例檢測不同水體對應頻率曲線圖。圖內標號為1、石英諧振晶片，2、殼體，3、底環，4、連接線。
具體實施例方式水質濁度檢測裝置實施例本例檢測裝置包括傳感探頭、晶體振蕩電路和頻率采集顯示電路，電路如圖1所示，所述晶體振蕩電路為以傳感器探頭的石英諧振晶片1作為電感元件的三點式振蕩電路，傳感探頭的石英諧振晶片電極接入三點式振蕩電路三極管的基極，晶體振蕩電路的輸出端連接頻率采集檢測電路。本例的傳感探頭如圖2至圖4所示，包括石英諧振晶片1和殼體2、底環3，石英諧振晶片為直徑5mm，厚Imm的薄片。殼體2為40mmX40mmX IOmm的長方體泡沫塑料，中心有直徑15mm的孔，底環3為塑料環片，其外徑為20mm、內徑為4mm。石英諧振晶片1粘接固定于底環3上，底環3粘接于殼體2內底面中心孔上，連接面均密封、不透水，石英諧振晶片 1、底環3和殼體2三者的中心線重合。殼體2外表面覆蓋有防水金屬漆層。石英諧振晶片1電極的連接線4由殼體2上部絕緣引出。水質濁度的檢測方法實施例本檢測方法實施例使用上述實施例的水質濁度檢測裝置。具體的檢測方法步驟如下I、水質濁度檢測裝置的傳感探頭置于待測水體表面因傳感探頭的殼體2比重小，本水質濁度檢測裝置的傳感器探頭殼體2底面向下置于待測水體，傳感探頭浮在水體表面，處于殼體2底面的石英諧振晶片1僅底面與水接觸，如圖5所示；II、頻率檢測接通電源，從頻率采集檢測電路得到本水質濁度檢測傳感器在待測水體時振蕩電路所產生的頻率值，作為水質濁度檢測參考值。II I、水質濁度判斷水體的水質濁度與對應的頻率成正比，步驟II測得的頻率越大，所測水體的水質濁度越高，水質越差。選取農田水、池塘水、自來水、礦泉水、純凈水作為本水質濁度檢測傳感器檢測比較樣本，測得在這些水體的本水質濁度檢測傳感器對應的檢測電路頻率如圖6所示。以合格自來水對應的頻率50Hz為界限，當步驟II所測水體對應頻率小于或等于 50Hz時，此水的水質濁度合格，可用于生活飲用；反之說明水質濁度不合格，不能直接作為生活飲用水。上述實施例，僅為對本發明的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本發明并非限定于此。凡在本發明的公開的范圍之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.水質濁度檢測裝置，包括傳感探頭、振蕩電路和頻率采集顯示電路，其特征在于 所述傳感探頭包括石英諧振晶片(1)和殼體O)，殼體( 及石英諧振晶片(1)整體的比重小于水的比重，石英諧振晶片⑴嵌于殼體(2)底面，石英諧振晶片⑴和殼體(2) 的連接面密封、不透水；石英諧振晶片⑴電極的連接線⑷由殼體⑵上部絕緣引出；所述振蕩電路為晶體振蕩電路，晶體振蕩電路是以傳感器探頭的石英諧振晶片(1)作為電感元件的三點式振蕩電路，傳感探頭的石英諧振晶片(1)的電極接入三點式振蕩電路三極管的基極，晶體振蕩電路的輸出端連接頻率采集檢測電路。
2.根據權利要求1所述的水質濁度檢測裝置，其特征在于所述石英諧振晶片(1)為直徑4mm 20mm，厚0. 2mm 2mm的薄片。
3.根據權利要求1或2所述的水質濁度檢測裝置，其特征在于防水材料制成的底環(3)，其內徑小于石英諧振晶片(1)的直徑，石英諧振晶片(1)固定于底環C3)上，石英諧振晶片(1)和底環(3)的連接面密封、不透水；殼體( 底部中心有大于石英諧振晶片(1)直徑、小于底環C3)外徑的孔，底環(3)固定于殼體( 底部，底環C3)和殼體O)的連接面密封、不透水；石英諧振晶片(1)在殼體( 底面孔中露出。
4.根據權利要求1或2所述的水質濁度檢測裝置，其特征在于 所述殼體( 外表面覆蓋防水金屬層。
5.根據權利要求1或2所述的水質濁度檢測裝置，其特征在于 所述殼體( 外表面涂覆水性金屬漆。
6.采用權利要求1或2所述的水質濁度檢測裝置的水質濁度的檢測方法，其特征在于具體使用步驟如下I、水質濁度檢測裝置的傳感器探頭置于待測水體表面本水質濁度檢測裝置的傳感探頭殼體( 底面向下置于待測水體、浮在水體表面，處于殼體( 底面的石英諧振晶片(1)底面與水接觸；II、頻率檢測接通電源，從頻率采集檢測電路得到傳感探頭在待測水體時晶體振蕩電路所產生的頻率值，作為水質濁度檢測參考值；III、水質濁度判斷以合格的自來水對應的頻率為標準，當步驟II所測水體對應頻率小于或等于合格的自來水對應的頻率時，此水水質濁度為合格，反之水質濁度不合格。
全文摘要
本發明為水質濁度檢測裝置及檢測方法。本裝置包括傳感探頭、晶體振蕩電路和頻率采集電路，傳感探頭包括石英諧振晶片和殼體，整體的比重小于水，石英諧振晶片嵌于殼體底面，其連接線由殼體上部絕緣引出。石英諧振晶片作為電感元件接入晶體振蕩電路。本水質濁度的檢測方法使用本發明裝置，步驟如下I傳感探頭置于待測水體表面；II從頻率采集檢測電路得到本傳感探頭在待測水體產生的頻率值，III水質濁度判斷，當所測水體對應頻率小于或等于合格自來水對應頻率時，此水濁度合格。本發明可迅速方便地對水質實時監測，保障用水安全；性能穩定、靈敏度高，不易受環境影響；可用于自來水濾池出水濁度檢測。
文檔編號G01N27/00GK102393405SQ20111037156
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月21日 優先權日2011年11月21日
發明者劉俊, 黎洪松 申請人:桂林電子科技大學