水質傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明揭示了一種水質傳感器，包括殼體以及安裝在殼體上的光學窗口，水質傳感器還包括紫外光發射源、以及用作紫外光傳播介質的介質部，紫外光發射源和介質部被如此配合設置以使自紫外光發射源發射的紫外光至少部分在光學窗口內被全內反射。本發明提供的水質傳感器通過設置紫外光發射源，利用紫外光發射源發射的紫外光防止并去除可能附著在光學窗口上的生物污染，并且，利用光的全內反射，將紫外光全部“圈在”光學窗口內部，增加了紫外光的總照射強度，使得水質傳感器具有更長時間抵御生物污染的能力，增加了水質傳感器的現場連續使用時間，且結構簡單，成本較低。
【專利說明】水質傳感器
【技術領域】
[0001] 本發明屬于環境傳感器制造【技術領域】，具體涉及一種水質傳感器。
【背景技術】
[0002] 水質傳感器用于監測各種環境中水體的質量，通常地，例如包括監測水體的渾濁 度、PH值、溶解氧、導電率、溫度、鹽分等指數。由于水質傳感器需要長期被配置于水體環境 中，不可避免地，動、植物等生物污染可能大量積累于傳感器上，從而影響傳感器的精準度。
[0003] 現有設計中，已經開發了多種防止生物污染在傳感器上積累的方法：較為常見的 一種是在傳感器上裝配由電機馬達帶動的刷子或海綿墊子，通過機械作動完成對傳感器表 面的清理，但其缺點是體積較大，且電機耗電量很大，并且，更加致命地，由于此類水質傳感 器通常配置有光學窗口，刷子或墊子在對傳感器進行清理的同時，會對光學窗口造成損傷， 嚴重影響傳感器的正常使用；另一種較多使用的方法是采用防生物污染涂料，這種涂料含 有活性生物滅殺劑，例如銅的化合物、氧化銅等，這種涂料常用于保護傳感器的外殼，但卻 無法直接應用在光學窗口表面，不能直接對光學窗口形成保護，故需要額外的遮蔽機構來 專門保護光學窗口，使得傳感器的設計變得復雜化，增加生產成本。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種水質傳感器，其可以以較低的成本、較小的能耗實現 水質傳感器光學窗口的生物污染防護。
[0005] 為實現上述發明目的，本發明提供一種水質傳感器，包括殼體以及安裝在所述殼 體上的光學窗口，所述水質傳感器還包括紫外光發射源、以及用作紫外光傳播介質的介質 部，所述紫外光發射源和所述介質部被如此配合設置以使自紫外光發射源發射的紫外光至 少部分在所述光學窗口內被全內反射。
[0006] 作為本發明的進一步改進，所述水質傳感器包括控制單元，所述控制單元至少用 于控制所述紫外光發射源發射的紫外光的強度及頻率。
[0007] 作為本發明的進一步改進，所述紫外光發射源和所述光學窗口之間還設置有與所 述介質部相連的光線傳導裝置。
[0008] 作為本發明的進一步改進，在所述光學窗口內全內反射的紫外光的波長范圍為 250nm?350nm〇
[0009] 作為本發明的進一步改進，在所述光學窗口內全內反射的紫外光的強度為200J/ m2〇
[0010] 作為本發明的進一步改進，所述紫外光發射源包括紫外線燈管或紫外LED。
[0011] 上述發明目的還可以通過以下技術方案實現，提供一種水質傳感器，包括殼體以 及安裝在所述殼體上的光學窗口，所述水質傳感器還包括紫外光發射源、以及與所述光學 窗口相連的導光管，自所述紫外光發射源發射的紫外光通過所述導光管入射所述光學窗 口，所述紫外光發射源被如此設置以使自其發射的紫外光入射所述光學窗口時的入射角大 于arcsin (nl/n2);其中，nl為所述水質傳感器被配置于的水體的折射率，n2為所述光學 窗口的折射率。
[0012] 作為本發明的進一步改進，所述導光管與光學窗口夾呈的角小于90° -arcsin (nl/n2)〇
[0013] 上述發明目的還可以通過以下技術方案實現，提供一種水質傳感器，包括殼體以 及安裝在所述殼體上的光學窗口，其特征在于，所述光學窗口包括窗口部以及與所述窗口 部連接的導光部，所述水質傳感器還包括紫外光發射源，自所述紫外光發射源發射的紫外 光通過所述導光部入射所述窗口部，所述紫外光發射源被如此設置以使自其發射的紫外光 入射所述窗口部時的入射角大于arcsin (nl/n2);其中，nl為所述水質傳感器被配置于的 水體的折射率，n2為所述光學窗口的折射率。
[0014] 作為本發明的進一步改進，所述光學窗口的導光部與窗口部夾呈的角小于 90° -arcsin (nl/n2)〇
[0015] 與現有技術相比，本發明提供的水質傳感器通過設置紫外光發射源，利用紫外光 發射源發射的紫外光防止并去除可能附著在光學窗口上的生物污染，并且，利用光的全內 反射，將紫外光全部"圈在"光學窗口內部，增加了紫外光的總照射強度，使得水質傳感器具 有更長時間抵御生物污染的能力，增加了水質傳感器的現場連續使用時間，且結構簡單，成 本較低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發明水質傳感器一實施方式的結構示意圖； 圖2是本發明水質傳感器實施例一的結構示意圖； 圖3是本發明水質傳感器實施例二的結構示意圖； 圖4是本發明水質傳感器一實施方式中，采用紫外線燈管作為紫外光發射源時發射的 紫外光的光譜分布圖； 圖5是本發明水質傳感器一實施方式中，采用紫外LED作為紫外光發射源時發射的紫 外光的光譜分布圖。
【具體實施方式】
[0017] 以下將結合附圖所示的【具體實施方式】對本發明進行詳細描述。但這些實施方式并 不限制本發明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的 變換均包含在本發明的保護范圍內。
[0018] 參圖1，介紹本發明水質傳感器的一【具體實施方式】。在本實施方式中，該水質傳感 器100包括殼體10、光學窗口 20、紫外光發射源30、以及介質部40。
[0019] 殼體10內部定義有裝配空間(未標示)，光學窗口 20安裝在殼體10上，一般地，鄰 近光學窗口 20處還設置有傳感器芯片60用以感測環境水體的相關參數，紫外光發射源30 和介質部40被如此配置以使自紫外光發射源30發射的紫外光至少部分在光學窗口 20內 被全內反射(參見圖1中箭頭線所示的紫外光線在光學窗口 20內的傳播路徑)。
[0020] 為了實現紫外光至少部分在光學窗口 20內被全內反射，介質部40的折射率需大 于等于水質傳感器工作水體的折射率，并且，介質部40的折射率等于光學窗口 20的折射率 時，可以保證紫外光最大程度地在光學窗口 20內的全內反射(光學窗口 20的折射率大于水 體的折射率)。
[0021] 為了集成化水質傳感器100的設計，紫外光發射源30被設置于裝配空間內，從整 體上減小了水質傳感器100的體積，實現小型化。當然，在一些替換的實施方式中，可能通 過將紫外光發射源30配置在裝配空間之外，以達到相同的技術效果，這種變劣的實施方式 仍應當屬于本發明的保護范圍之內。
[0022] 紫外光在光學窗口 20內被全內反射避免了紫外光穿透光學窗口 20耗散在其工作 的水體環境中，相當于將紫外光"圈在"光學窗口 20內部，增加了紫外光在光學窗口 20處 的總照射強度，提高了水質傳感器100防止生物污染的能力。
[0023] 多種更加具體的實施例可被提供用于實現自紫外光發射源30發射的紫外光在光 學窗口 20內的全內反射，以下示范性地介紹兩個實施例用于更好地闡述本發明。
[0024] 實施例一 參圖2,水質傳感器100'包括殼體10'以及安裝在殼體10'上的光學窗口 20'，該水質 傳感器100'還包括紫外光發射源30'、以及與光學窗口 20'相連的導光管40'，自紫外光發 射源30'發射的紫外光通過導光管40'入射光學窗口 20'，并且，紫外光發射源30'被如此 設置以使其發射的紫外光入射光學窗口 20'時的入射角大于arcsin (nl/n2);其中，nl為 水質傳感器1〇〇'被配置于的水體的折射率，n2為光學窗口 20'的折射率。
[0025] 這里，默認優選地設置導光管40'與光學窗口 20'連接處為緊密配合，保證紫外光 在自導光管40'進入光學窗口 20'時不會被空氣折射。并且，導光管40'采用實心柱體狀 構造，以使紫外光可以在導光管40'本體內傳播，而非是可能的實施例中，在導光管40'內 部構造成的中空環境中傳播。
[0026] 更進一步地，導光管40'與光學窗口 20'采用相同的材質，以保證導光管40'與光 學窗口 20'具有相同的折射率，使得以特定角度發射的紫外光能夠以不被改變的角度進入 光學窗口 20'內部，實現在光學窗口 20'內的全反射。當然，在一些替換的實施方式中，也可 以采用折射率大于光學窗口 20'的材質制作導光管40'，此時不可避免地，紫外光會至少有 一部分被光學窗口 20'所反射，雖然可以通過配置紫外光發射的特定角度使得部分折射進 光學窗口 20'內的紫外光被全內反射，但明顯地，紫外光的照射強度會不可避免地被削弱， 因此，此種實施方式也應當視為一種在本發明技藝精神基礎上變劣的實施方式。
[0027] arCsin(nl/n2)為使紫外光可以在光學窗口 20'內發生全內反射的臨界角度，紫外 光的入射角度可以通過具體配置紫外光發射源30'的角度實現。通常地，水質傳感器100' 所工作于的環境水體的折射率nl范圍在1. 33~1. 37之間，而制作光學窗口 20'的材質通常 采用玻璃，其折射率n2范圍在1. 45~2. 0之間(一般地，光學窗口 20的折射率大于水體的折 射率)。在制作水質傳感器100'時，僅可能控制采用的光學窗口 20'的折射率n2,而不能確 定具體工作的水體的折射率，故，在一些實施方式中，可以假設水體折射率nl取極大值，從 而獲得一始終可以保證紫外光在光學窗口 20'內全內反射時，紫外光發射源30'被相應配 置的角度；而在又一些實施方式中，也可以通過設置額外的機構，使得紫外光發射源30'的 發射角度可調節，以靈活適應各種不同折射率的水體環境。
[0028] 作為一優選的實施例，導光管40'與光學窗口 20'夾呈的角小于90° -arcsin(nl/ n2)，并且適應地，與紫外光發射源30'發射的紫外光的角度一致，保證紫外光在導光管40' 內以一相對導光管40'軸心不偏移的方向傳播。
[0029] 實施例二 參圖3,水質傳感器100''包括殼體10''以及安裝在殼體10''上的光學窗口 20''，光 學窗口 20''包括窗口部21''以及與窗口部21''連接的導光部22''，該水質傳感器100'' 還包括紫外光發射源30''，自紫外光發射源30''發射的紫外光通過導光部22''入射窗口 部21''，并且，紫外光發射源30''被如此設置以使其發射的紫外光入射窗口部21''時的入 射角大于arcsin (nl/n2);其中，nl為水質傳感器100''被配置于的水體的折射率，n2為 光學窗口 20''的折射率。
[0030] 光學窗口 20''的導光部22''充當紫外光進入窗口部21''的傳播介質，使得紫 外光發射源30' '發射的紫外光可以按照預定的角度進入窗口部21' '，而不會在自導光部 22' '進入窗口部21' '時被折射，保證紫外光發射源30' '配置角度的簡易可控，降低水質傳 感器100''的設計難度。
[0031] 作為又一優選的實施例，光學窗口 20''的導光部22''與窗口部21''夾呈的角小 于90° -arcsin (nl/n2)，并且適應地，與紫外光發射源30''發射的紫外光的角度一致，保 證紫外光在導光部22''內以一相對導光部22''軸心不偏移的方向傳播。
[0032] 應當理解的是，上述兩個實施例僅僅是針對介紹如何配置紫外光發射源、介質部、 及光學窗口的相對關系，從而保證紫外光在光學窗口內實現全內反射的不范性的實施例， 本領域普通技術人員可以在上述實施例的基礎上，作出一些可輕易聯想到的改進。
[0033] 繼續參照圖1，作為優選的實施方式，水質傳感器100包括控制單元50,該控制單 元50可至少用于控制紫外光發射源30發射的紫外光的強度及頻率，以適應不同的水體環 境。
[0034] 為了使紫外光發射源30發射的紫外光可以以較佳的狀態入射光學窗口 20,在紫 外光發射源30和光學窗口 20之間還設置有與介質部40連接的光學傳導裝置（圖未示)，例 如光學透鏡、準直器等，通過這些光線傳導裝置可以使得紫外光以最大的效率耦合入光學 窗口 20,減少能量損耗。
[0035] 波長小于300nm的深紫外是滅殺生物的最佳波長范圍，在本實施方式中，設置在 光學窗口 20內全內反射的紫外光的波長為250nnT350nm，以綜合考量防生物污染的效果及 制造成本，一般地，在光學窗口 20內全內反射的紫外光的強度為200 J/m2,當然，針對一些 實施方式，可以設置紫外光強度在涵蓋200 J/m2的一預定范圍內可調節。
[0036] 紫外光發射源30可以例如包括紫外線燈管或紫外LED以提供紫外光照射，圖4、圖 5所示分別為本發明水質傳感器100采用的紫外線燈管和紫外LED作為紫外光發射源時的 光譜分布圖，如圖所示，這兩種方式都可以較佳地實現水質傳感器1〇〇光學鏡頭的防污染 功能。
[0037] 本發明通過上述實施方式具有以下有益效果：本發明提供的水質傳感器通過設置 紫外光發射源，利用紫外光發射源發射的紫外光防止并去除可能附著在光學窗口上的生物 污染，并且，利用光的全內反射，將紫外光全部"圈在"光學窗口內部，增加了紫外光的總照 射強度，使得水質傳感器具有更長時間抵御生物污染的能力，增加了水質傳感器的現場連 續使用時間，且結構簡單，成本較低。
[0038] 應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一 個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說 明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可 以理解的其他實施方式。
[0039] 上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說 明，它們并非用以限制本發明的保護范圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方式 或變更均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種水質傳感器，包括殼體以及安裝在所述殼體上的光學窗口，其特征在于，所述水 質傳感器還包括紫外光發射源、以及用作紫外光傳播介質的介質部，所述紫外光發射源和 所述介質部被如此配合設置以使自所述紫外光發射源發射的紫外光至少部分在所述光學 窗口內被全內反射。
2. 根據權利要求1所述的水質傳感器，其特征在于，所述水質傳感器包括控制單元，所 述控制單元至少用于控制所述紫外光發射源發射的紫外光的強度及頻率。
3. 根據權利要求1所述的水質傳感器，其特征在于，所述紫外光發射源和所述光學窗 口之間還設置有與所述介質部相連的光線傳導裝置。
4. 根據權利要求1所述的水質傳感器，其特征在于，在所述光學窗口內全內反射的紫 外光的波長范圍為250nnT350nm。
5. 根據權利要求1所述的水質傳感器，其特征在于，在所述光學窗口內全內反射的紫 外光的強度為200J/m2。
6. 根據權利要求1所述的水質傳感器，其特征在于，所述紫外光發射源包括紫外線燈 管或紫外LED。
7. -種水質傳感器，包括殼體以及安裝在所述殼體上的光學窗口，其特征在于，所述水 質傳感器還包括紫外光發射源、以及與所述光學窗口相連的導光管，自所述紫外光發射源 發射的紫外光通過所述導光管入射所述光學窗口，所述紫外光發射源被如此設置以使自其 發射的紫外光入射所述光學窗口時的入射角大于arcsin (nl/n2);其中，nl為所述水質傳 感器被配置于的水體的折射率，n2為所述光學窗口的折射率。
8. 根據權利要求7所述的水質傳感器，其特征在于，所述導光管與光學窗口夾呈的角 小于 90° -arcsin (nl/n2)。
9. 一種水質傳感器，包括殼體以及安裝在所述殼體上的光學窗口，其特征在于，所述 光學窗口包括窗口部以及與所述窗口部連接的導光部，所述水質傳感器還包括紫外光發射 源，自所述紫外光發射源發射的紫外光通過所述導光部入射所述窗口部，所述紫外光發射 源被如此設置以使自其發射的紫外光入射所述窗口部時的入射角大于arcsin (nl/n2);其 中，nl為所述水質傳感器被配置于的水體的折射率，n2為所述光學窗口的折射率。
10. 根據權利要求7所述的水質傳感器，其特征在于，所述光學窗口的導光部與窗口部 夾呈的角小于90° -arcsin (nl/n2)。
【文檔編號】G01N33/18GK104111313SQ201310131096
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月16日 優先權日:2013年4月16日
【發明者】潘仲琦, 李文 申請人:蘇州禹陵環保技術有限公司