非接觸式水中油傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種非接觸式水中油傳感器，包括外殼體和內表面光滑且伸入到外殼體內的導管，以及設置在外殼體內的傳感測試裝置，傳感測試裝置包括底座和雙光路信號探測器，雙光路信號探測器上連接有光陷阱，雙光路信號探測器包括內殼體以及設置在內殼體內的光源發生器、分光器、參比光路探測器和測量光路探測器，測量光路探測器包括測量光路入射通道和測量光路通道，測量光路入射通道與測量光路通道交匯位置處設置有測量腔體，測量光路入射通道內靠近測量腔體的位置處設置有第一光學窗口，測量光路通道內靠近測量腔體的位置處設置有第二光學窗口。本發明設計新穎，可實現非接觸式檢測并實時在線監測水中含油量，無污染。
【專利說明】
非接觸式水中油傳感器
技術領域
[0001]本發明屬于傳感器技術領域，具體涉及一種非接觸式水中油傳感器。
【背景技術】
[0002]伴隨水污染現象愈發嚴重，水質檢測受到越來越廣泛的關注，其中礦物油類物質對水體污染變得不容忽視。因此，快速監測水中礦物油類物質含量，實時準確地反映當前水質情況，對于水資源環境的監測管理以及污水處理等方面具有重大現實意義，現如今較為常見的水中油檢測方法主要包括紅外分光光度法、非色散紅外光度法、紫外分光光度法以及紫外熒光法，其中，紅外分光光度法、非色散紅外光度法和紫外分光光度法的檢測步驟比較繁瑣，均需要對待測液萃取后才可測試，無法做到實時在線監測;而紫外熒光法在較小濃度范圍內雖然可實現水中含油量的實時監測，但目前市場僅有接觸式的相關檢測裝置，存在清洗困難的缺陷，因此，現如今缺少一種結構簡單、體積小、成本低、設計合理、可實時在線檢測水質的非接觸式水中油傳感器，可將待測水質通入導管通過雙光路信號探測器實現非接觸式檢測水質，更換或清洗簡單，采用雙層遮光殼體，可避免由光源、外界環境以及光能量波動對測試結果產生的干擾，低功耗、檢測過程無污染。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種非接觸式水中油傳感器，其設計新穎合理，可實現非接觸式檢測并實時在線監測水中含油量，連續工作時具有較高穩定性及靈敏度，無污染，低功耗，便于推廣使用。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種非接觸式水中油傳感器，其特征在于:包括外殼體和內表面光滑且伸入到外殼體內部用于引導待測水質的導管，以及設置在外殼體內的傳感測試裝置，所述傳感測試裝置包括雙光路信號探測器和與所述雙光路信號探測器相配合的底座，所述雙光路信號探測器上連接有與所述雙光路信號探測器連通的光陷阱，所述雙光路信號探測器包括內殼體以及設置在內殼體內的光源發生器、與所述光源發生器連接的分光器、設置在所述分光器一側且與所述光源發生器相垂直的參比光路探測器和設置在所述分光器另一側的測量光路探測器，所述測量光路探測器包括測量光路入射通道和與所述測量光路入射通道相垂直的測量光路通道，所述測量光路入射通道與所述測量光路通道交匯位置處設置有中空結構的測量腔體，所述導管與測量腔體的頂部連通，光陷阱與所述測量光路入射通道和所述測量光路通道的交匯位置處連通，所述測量光路入射通道內靠近測量腔體的位置處設置有第一光學窗口，所述測量光路通道內靠近測量腔體的位置處設置有第二光學窗口。
[0005]上述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述光源發生器包括光源入射通道以及設置在所述光源入射通道內的光源和設置在光源后側的第一凸透鏡，光源為LED光源，所述LED光源上接有電源接口，電源接口的一端伸入到所述光源入射通道內與所述光源入射通道固定連接，電源接口的另一端外露在外殼體的外表面上。
[0006]上述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述參比光路探測器包括參比反射通道以及依次設置在所述參比反射通道內的第二凸透鏡、第三凸透鏡和參比光電探測器，第二凸透鏡靠近分光器一側安裝，參比光電探測器上接有參比信號輸出接口，參比信號輸出接口的一端伸入到所述參比反射通道內與所述參比反射通道固定連接，參比信號輸出接口的另一端外露在外殼體的外表面上。
[0007]上述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述測量光路入射通道內第一光學窗口的前端設置有第四凸透鏡，第四凸透鏡的主光軸與第一凸透鏡的主光軸重合。
[0008]上述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述測量光路通道內第二光學窗口后側依次設置有第五凸透鏡、第六凸透鏡、濾光片和測量光電探測器，測量光電探測器上接有測量信號輸出接口，測量信號輸出接口的一端伸入到所述測量光路通道內與所述測量光路通道固定連接，測量信號輸出接口的另一端外露在外殼體的外表面上。
[0009]上述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述電源接口、參比信號輸出接口和測量信號輸出接口均為SMA接頭;所述光源入射通道、所述參比反射通道、所述測量光路入射通道、所述測量光路通道和所述內殼體加工制作為一體。
[0010]上述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述底座固定安裝在外殼體內側面上，底座上設置有測量腔體的底部連通的通孔，外殼體和內殼體均為黑色遮光殼體。
[0011]上述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述光陷阱為黑色牛角式光陷阱。
[0012]上述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述分光器為薄膜分光器。
[0013]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0014]1、本發明通過設置外殼體和內殼體雙層遮光殼體，可避免由光源、外界環境以及光能量波動對測試結果產生的干擾，便于推廣使用。
[0015]2、本發明通過設置光陷阱，較大程度的削弱光源對測量光路探測器帶來的同源干擾，可靠穩定，使用效果好。
[0016]3、本發明通過設置雙光路信號探測器，對光源發出的具有固定頻率的脈沖信號經過分光器處理后，得到兩路相同頻率的光信號，一路光信號直接通過參比光路探測器轉換為電流信號；另一路通過待測液后通過測量光路探測器轉換為電流信號，測量光路探測器中的測量光路入射通道和測量光路通道上均設置光學窗口，保證光源最大程度的透光，避免空氣中的雜質對光源的吸收，減少對比的誤差，使用效果好。
[0017]4、本發明設計新穎合理，體積小，可實現非接觸式檢測并實時在線監測水中含油量，便于推廣使用。
[0018]綜上所述，本發明設計新穎合理，可實現非接觸式檢測并實時在線監測水中含油量，連續工作時具有較高穩定性及靈敏度，無污染，低功耗，便于推廣使用。
[0019]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明的結構示意圖。
[0021]附圖標記說明:
[0022]! 一外殼體；2—底座；3—內殼體；
[0023]4一分光器；5—第一凸透鏡；6—光源；
[0024]7—電源接口；8—卡環；9 一第二凸透鏡；
[0025]10一第三凸透鏡；11 一參比光電探測器；12—第四凸透鏡；
[0026]13 一第一光學窗口；14 一測量腔體；15—光陷阱；
[0027]16 一第二光學窗口；17—第五凸透鏡；18—第六凸透鏡；
[0028]19 一濾光片；20—測量光電探測器；
[0029]21—參比信號輸出接口；22—測量信號輸出接口。
【具體實施方式】
[0030]如圖1所示，本發明包括外殼體I和內表面光滑且伸入到外殼體I內部用于引導待測水質的導管，以及設置在外殼體I內的傳感測試裝置，所述傳感測試裝置包括雙光路信號探測器和與所述雙光路信號探測器相配合的底座2，所述雙光路信號探測器上連接有與所述雙光路信號探測器連通的光陷阱15，所述雙光路信號探測器包括內殼體3以及設置在內殼體3內的光源發生器、與所述光源發生器連接的分光器4、設置在所述分光器4 一側且與所述光源發生器相垂直的參比光路探測器和設置在所述分光器4另一側的測量光路探測器，所述測量光路探測器包括測量光路入射通道和與所述測量光路入射通道相垂直的測量光路通道，所述測量光路入射通道與所述測量光路通道交匯位置處設置有中空結構的測量腔體14，所述導管與測量腔體14的頂部連通，光陷阱15與所述測量光路入射通道和所述測量光路通道的交匯位置處連通，所述測量光路入射通道內靠近測量腔體14的位置處設置有第一光學窗口 13，所述測量光路通道內靠近測量腔體14的位置處設置有第二光學窗口 16。
[0031]如圖1所示，所述底座2固定安裝在外殼體I內側面上，底座2上設置有測量腔體14的底部連通的通孔，優選地，外殼體I和內殼體3均為黑色遮光殼體，黑色殼體不反射光線，保證所述光源發生器的光源不減損。
[0032]需要說明的是，安裝底座2的外殼體I的側面上開有與所述通孔連通的出水孔，實際使用中，所述導管連通裝有待測水質的測量池，測量池內的待測水質經所述導管依次穿過所述雙光路信號探測器、底座和外殼體I流出，所述導管內表面光滑是為了避免待測水質流入測量腔體14時變形，流入到測量腔體14中的水柱與第一光學窗口 13和第二光學窗口 16之間均有間隙，實現非接觸式檢測待測水質。
[0033]本實施例中，所述光源發生器、分光器4、所述參比光路探測器和所述測量光路探測器均設置在內殼體3內，內殼體3設置在外殼體I內，所述導管伸入到外殼體I內且同時與內殼體3內的測量腔體14連通，外殼體I和內殼體3雙層的黑色遮光殼體的設置為了保證所述導管引導的待測水質測量環境的不受外界光源以及光能量波動對測試結果產生的干擾。
[0034]如圖1所示，優選地，所述分光器4為薄膜分光器。
[0035]需要說明的是，分光器4傾斜安裝在所述光源發生器和所述參比光路探測器上，且所述光源發生器與所述參比光路探測器相垂直布設，分光器4傾斜的角度保證所述光源發生器發出的光路與反射進所述參比光路探測器的光路相垂直，實現所述參比光路探測器中光功率損耗最小。
[0036]所述參比光路探測器和所述測量光路探測器分別設置在分光器4的兩側，經分光器4反射后的光線進入所述參比光路探測器，經分光器4透射后的光線進入所述測量光路探測器，所述測量光路探測器包括測量光路入射通道和與所述測量光路入射通道相垂直的測量光路通道，顯然經分光器4透射后的光程比經分光器4反射后的光程大，測量光路入射通道和測量光路通道中存在氣體干擾，容易吸收所述光源發生器發出的光源，在所述測量光路入射通道內靠近測量腔體14的位置處設置有第一光學窗口 13，在所述測量光路通道內靠近測量腔體14的位置處設置有第二光學窗口 16，保證經分光器4透射后的光線最大程度的透過，減少光傳播路徑中能量的損失，同時測量光路入射通道入射的光線照射在測量腔體14中的待測水質水柱上，激發待測水質中油質發出熒光，該熒光作為第二光源經測量光路通道測量。
[0037]如圖1所示，優選地，所述光陷阱15為黑色牛角式光陷阱。
[0038]光陷阱15與所述測量光路入射通道和所述測量光路通道的交匯位置處連通，采用光陷阱15是為了光在通過所述測量光路入射通道、測量腔體14內的待測水質和所述測量光路通道時，路徑發生改變，避免光線經過帶有待測水質后反射進待測水質，給所述測量光路通道內的光線帶來同源干擾，從而帶來測量誤差。
[0039]如圖1所示，所述光源發生器包括光源入射通道以及設置在所述光源入射通道內的光源6和設置在光源6后側的第一凸透鏡5，光源6為LED光源，所述LED光源上接有電源接口 7，電源接口 7的一端伸入到所述光源入射通道內與所述光源入射通道固定連接，電源接口 7的另一端外露在外殼體I的外表面上。
[0040]需要說明的是，在所述光源發生器的光源器件選取過程中，通過熒光分光光度計，對待測水質提前進行分析實驗，根據實驗結果確定了該待測水質的最佳激發波長以及熒光波長，熒光分光光度計的實驗結果為光源的選取提供了依據。
[0041]本實施例中，在所述光源發生器的光源入射通道上依次安裝光源6和第一凸透鏡5，優選的光源6采用LED光源，電源接口 7可接一個具有脈沖調制功能的供電電源，通過具有脈沖調制功能的供電電源的供電，光源6可發出固定頻率的脈沖光信號，通過第一凸透鏡5將多個匯聚的光信號傳至分光器4，第一凸透鏡5的設置是為了增強光源6發出的光信號，減少發散的光源。
[0042]如圖1所示，所述參比光路探測器包括參比反射通道以及依次設置在所述參比反射通道內的第二凸透鏡9、第三凸透鏡10和參比光電探測器11，第二凸透鏡9靠近分光器4 一側安裝，參比光電探測器11上接有參比信號輸出接口 21，參比信號輸出接口 21的一端伸入到所述參比反射通道內與所述參比反射通道固定連接，參比信號輸出接口 21的另一端外露在外殼體I的外表面上。
[0043I本實施例中，所述參比反射通道內依次設置有第二凸透鏡9、第三凸透鏡10和參比光電探測器11，經分光器4反射后的光線會出現散射，設置第二凸透鏡9和第三凸透鏡10兩級聚光元件是為了將光源6發出的一路參比信號最大程度的匯聚，并通過參比光電探測器11將光信號轉換為電信號輸出，便于后續參比信號的采集處理。
[0044]如圖1所示，所述測量光路入射通道內第一光學窗口13的前端設置有第四凸透鏡12，第四凸透鏡12的主光軸與第一凸透鏡5的主光軸重合。
[0045]需要說明的是，光是沿直線傳播的信號，第四凸透鏡12的主光軸與第一凸透鏡5的主光軸重合是為了最大范圍的獲取經分光器4透射后的光線，如果第四凸透鏡12的主光軸與第一凸透鏡5的主光軸錯位，不可避免的會造成光信號的丟失，采用第四凸透鏡12可將所述測量光路入射通道內散射的光線匯聚。
[0046]如圖1所示，所述測量光路通道內第二光學窗口16后側依次設置有第五凸透鏡17、第六凸透鏡18、濾光片19和測量光電探測器20，測量光電探測器20上接有測量信號輸出接口 22，測量信號輸出接口 22的一端伸入到所述測量光路通道內與所述測量光路通道固定連接，測量信號輸出接口 22的另一端外露在外殼體I的外表面上。
[0047]需要說明的是，濾光片19選用與油質發出熒光配套的濾光片，根據熒光分光光度計實驗的激發波長以及熒光波長的結果，選取供油質發出的熒光的有效波長通過的濾光片。
[0048]本實施例中，所述測量光路通道內經第二光學窗口16透射后的光線會出現散射，設置第五凸透鏡17和第六凸透鏡18兩級聚光元件是為了將光源6發出的另一路測量信號最大程度的匯聚，在光的傳播路徑上不可避免的會出現雜波干擾，設置濾光片19是為了將較大光程上的雜波濾除，保證有效的光信號通過，有效的光信號通過測量光電探測器20將光信號轉換為電信號輸出，便于后續測量信號的采集處理。
[0049]實際安裝使用中，第一凸透鏡5、第二凸透鏡9、第三凸透鏡10、第四凸透鏡12、第五凸透鏡17、第六凸透鏡18、第一光學窗口 13、第二光學窗口 16和濾光片19安裝在各個通道上時均通過卡環8活動安裝，便于后續的拆卸與更換元件，使用效果好。
[0050]如圖1所示，所述電源接口7、參比信號輸出接口 21和測量信號輸出接口 22均為SMA接頭，SMA接頭為一種通用接頭，SMA接頭的選取使得輸入信號與輸出信號與外部設備連接方便;所述光源入射通道、所述參比反射通道、所述測量光路入射通道、所述測量光路通道和所述內殼體3加工制作為一體。
[0051]本發明的使用方法為:將參比信號輸出接口21和測量信號輸出接口 22分別接入外部信號調理設備中，所述外部信號調理設備可將參比信號輸出接口21和測量信號輸出接口22輸出端的電信號進行光功率轉換，便于對比測量待測水質的水油濃度，將待測水質通入所述導管內，為電源接口7通入一定頻率的脈沖電源，脈沖電源為光源6供電，光源6發出一定頻率的光信號，該光信號經第一凸透鏡5光信號增強傳播至分光器4，分光器4將增強的光信號分為兩路頻率相同的光信號，一路為經分光器4反射后的信號垂直進入參比光路探測器，另一路為經分光器4透射后的信號進入測量光路探測器;進入參比光路探測器的光信號經第二凸透鏡9和第三凸透鏡10匯聚照射在參比光電探測器11上轉換為參比電信號，參比電信號通過參比信號輸出接口 21進入外部信號調理設備;進入測量光路探測器的光信號經第四凸透鏡12聚光后采用第一光學窗口 13最大程度的透光，避免光路傳播中氣體對光線的吸收，經第一光學窗口 13后的光線激發測量腔體14內的待測水質發出熒光，該熒光進入所述測量光路通道，測量腔體14內的待測水質后的光陷阱15對光信號起保持作用，避免光線經過帶有待測水質后反射進待測水質，給所述測量光路通道內的光線帶來同源干擾，所述測量光路通道上的第二光學窗口 16最大程度的透光，光線再經過第五凸透鏡17和第六凸透鏡18匯聚后經濾光片19濾除雜波，濾除雜波的光信號照射在測量光電探測器20上轉換為測量電信號，測量電信號通過測量信號輸出接口22進入外部信號調理設備，其中，同時多次獲取所述參比光路探測器中參比信號輸出接口 21和所述測量光路探測器中測量信號輸出接口 22輸出的數據，可排除光源變化帶來的影響，根據所述測量光路探測器中測量信號輸出接口 22輸出的不同數據計算油質濃度變化，非接觸的實現水中油濃度的測量，無污染，低功耗，可連續工作，具有較高穩定性及靈敏度。
[0052]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種非接觸式水中油傳感器，其特征在于:包括外殼體(I)和內表面光滑且伸入到外殼體(I)內部用于引導待測水質的導管，以及設置在外殼體(I)內的傳感測試裝置，所述傳感測試裝置包括雙光路信號探測器和與所述雙光路信號探測器相配合的底座(2)，所述雙光路信號探測器上連接有與所述雙光路信號探測器連通的光陷阱(15)，所述雙光路信號探測器包括內殼體(3)以及設置在內殼體(3)內的光源發生器、與所述光源發生器連接的分光器(4)、設置在所述分光器(4) 一側且與所述光源發生器相垂直的參比光路探測器和設置在所述分光器(4)另一側的測量光路探測器，所述測量光路探測器包括測量光路入射通道和與所述測量光路入射通道相垂直的測量光路通道，所述測量光路入射通道與所述測量光路通道交匯位置處設置有中空結構的測量腔體(14)，所述導管與測量腔體(14)的頂部連通，光陷阱(15)與所述測量光路入射通道和所述測量光路通道的交匯位置處連通，所述測量光路入射通道內靠近測量腔體(14)的位置處設置有第一光學窗口(13)，所述測量光路通道內靠近測量腔體(14)的位置處設置有第二光學窗口( 16)。2.按照權利要求1所述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述光源發生器包括光源入射通道以及設置在所述光源入射通道內的光源(6)和設置在光源(6)后側的第一凸透鏡(5)，光源(6)為LED光源，所述LED光源上接有電源接口(7)，電源接口(7)的一端伸入到所述光源入射通道內與所述光源入射通道固定連接，電源接口(7)的另一端外露在外殼體(I)的外表面上。3.按照權利要求2所述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述參比光路探測器包括參比反射通道以及依次設置在所述參比反射通道內的第二凸透鏡(9)、第三凸透鏡(10)和參比光電探測器(11)，第二凸透鏡(9)靠近分光器(4) 一側安裝，參比光電探測器(11)上接有參比信號輸出接口(21)，參比信號輸出接口(21)的一端伸入到所述參比反射通道內與所述參比反射通道固定連接，參比信號輸出接口(21)的另一端外露在外殼體(I)的外表面上。4.按照權利要求3所述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述測量光路入射通道內第一光學窗口(13)的前端設置有第四凸透鏡(12)，第四凸透鏡(12)的主光軸與第一凸透鏡(5)的主光軸重合。5.按照權利要求4所述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述測量光路通道內第二光學窗口(16)后側依次設置有第五凸透鏡(17)、第六凸透鏡(18)、濾光片(19)和測量光電探測器(20)，測量光電探測器(20)上接有測量信號輸出接口(22)，測量信號輸出接口(22)的一端伸入到所述測量光路通道內與所述測量光路通道固定連接，測量信號輸出接口(22)的另一端外露在外殼體(I)的外表面上。6.按照權利要求5所述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述電源接口(7)、參比信號輸出接口(21)和測量信號輸出接口(22)均為SMA接頭;所述光源入射通道、所述參比反射通道、所述測量光路入射通道、所述測量光路通道和所述內殼體(3)加工制作為一體。7.按照權利要求1所述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述底座(2)固定安裝在外殼體(I)內側面上，底座(2)上設置有測量腔體(14)的底部連通的通孔，外殼體(I)和內殼體(3)均為黑色遮光殼體。8.按照權利要求1所述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述光陷阱(15)為黑色牛角式光陷阱。9.按照權利要求1所述的非接觸式水中油傳感器，其特征在于:所述分光器(4)為薄膜分光器。
【文檔編號】G01N21/64GK106053418SQ201610594565
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月26日 公開號201610594565.6, CN 106053418 A, CN 106053418A, CN 201610594565, CN-A-106053418, CN106053418 A, CN106053418A, CN201610594565, CN201610594565.6
【發明人】張曉博, 崔凱, 周勝, 武偉, 趙曉鵬
【申請人】陜西正大環保科技有限公司