一种基于智能封条锁的生鲜物流用微型水质监控设备和方法与流程

本发明涉及水质监测领域，尤其涉及了一种基于智能封条锁的生鲜物流用微型水质监控设备和方法。

背景技术：

目前，在线自动分析仪的主要技术原理有化学滴定法、电化学测量法、可见紫外可见分光光度法。传统的分光光度法是通过测定物质在特定波长范围内光的吸收度.对该物质进行定性和定量分析。当确定波长的单色平行光透过测定溶液时，会发生光吸收现象。物质的浓度愈大，或液层愈厚，吸收愈强。然后通过配制浓度各异的标准溶液系列，利用分光光度计测定各标准溶液的吸光度，以此作出浓度对吸光度的标准曲线。此后在相同操作条件下，测定未知试样的吸光度，从标准曲线上就可以求出试样中待测物的浓度。为了提高分析测定的灵敏度和选择性，大多数利用分子吸收光谱作分析的项目采用试剂反应法，在氨氮，亚硝酸盐，硫化氢这三种试样中分别加入合适的试剂，使之与被测组分反应，而后用分光光度法测定与被测物间有化学等计量关系的反应生成物，即能定量试样中被测物的浓度。这类反应大多是以肉眼可以判定的可见区的显色反应。

紫外分光光度法是建立在吸收定律之上的一种利用被测物质的分子或离子对特征电磁辐射的吸收程度进行定量分析的方法。实验证明，紫外吸光度能反映水中有机污染的程度，特别是对水中的一大类芳香族有机物和带双键有机物尤为灵敏。许多资料亦表明紫外吸光度和一些主要水质替代参数具有一定的相关性，因此，通过分析紫外吸光度来获得水质参数具有极为重要的理论与实际意义。在线水质分析仪器，特别是紫外在线分析仪器，已经逐步国家标准的取样后的化学分析法，比如水质分析中的COD检测法，COD(Chemical Oxygen Demand，化学需氧量)是水体水质检测的重要指标，用来反映水体中还原性物质污染的程度，由于水体中的还原物质主要为有机物，因此COD也反应了水体受有机物的污染程度。COD的值越小，说明水质受有机物污染程度越轻，国家标准为高锰酸钾法，耗时长，需要化学试剂，容易二次污染，目前普遍采用的254nm紫外替代的方法，虽然无须试剂，而且现场直接可测，在不到1秒时间内即可完成测定，快速，简便，但是一般仅限于单波长扫描，局限性较大。

光谱分析应用及其广泛，比如研究物质的辐射；研究光与物质的相互作用；研究物质的结构、物质含量的定量和定性分析；探测遥远星体和太阳的大小、质量、温度、运动速度和方向等。在采矿、冶金、石油、化工等行业，光谱分析仪用于物质定性和定量分析，是控制产品质量的主要手段之一；在生物化学和医学中，光谱分析仪用于微量元素含量分析。光谱分析仪在水质监测中的应用是个崭新的领域。

目前，现有的光谱分析仪多用于实验室或者工业生产中，不适合生鲜物流中的水质在线监测，更不能把光谱分析仪放在水中，不能多波长同时监测，而且这些光谱分析仪有诸如体积庞大、使用环境要求苛刻、耗电高、光谱范围窄和维护成本高等缺点。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中光谱分析仪有诸如体积庞大、使用环境要求苛刻、耗电高、光谱范围窄和维护成本高等缺点，提供了一种基于智能封条锁的生鲜物流用微型水质监控设备和方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

基于智能封条锁的生鲜物流用微型水质监控设备，包括主体部件和电源模块，主体部件外侧设有封条锁，主体部件包括LED光源、监测池和光电传感器；LED光源提供监测池中水质监测用的光；光电传感器用于将通过监测池的不同波长的光转换为电信号；所述监测池包括滤光片，Si衬底，石英玻璃窗，密封件；Si衬底上通过微机械加工工艺形成有监测腔和参考腔；滤光片和石英玻璃窗分别形成在Si衬底上相对监测腔和参考腔的两个侧面上；Si衬底上形成有密封件，所述密封件在使用中密封参考腔，并使得能方便的更换参考腔中的参考介质；在密封件上相对于监测腔的位置处形成若干进水孔，用于被监测水体的流入；滤光片上相对于监测腔和参考腔的位置处分别形成有滤光层；对应于参考腔的滤光层为254nm，对应监测腔的滤光层分别为220nm、254nm、280nm和905nm中的一个或多个，所述封条锁设置在光电传感器外侧，所述封条锁包括封条锁钢丝，电子锁扣以及数据处理与移动传输模块，数据处理与移动传输模块连接光电传感器。

作为优选，所述数据处理与移动传输模块中设有sim卡。

作为优选，所述数据处理与移动传输模块包含处理器与和所述处理器连接的第一信号转换模块，依次连接的数据源模块、数据编码和第二信号转换模块，以及输入输出第一信号好第二信号的复用端口，还包括开关模块和低速端口；所述低速端口，其用来连接开关模块，用于输入输出低速信号；所述开关模块，用来检测并且控制低速信号的通断，也用来检测并控制所述第一信号或第二信号的通断；第一信号模块，用来光信号转换为电信号，并且发送到处理器中；第二信号模块，用于将步进电机传递的信号转换为数字信号并且发送至数据编码模块中；数所的数据编码模块，用于将所述的第二信号转换成信号编码，并且输出到所述的数据源模块中。

作为优选，还包括无线发射模块或者存储模块，无线发射模块可以将监测结果发送，存储模块将监测结果存储。

作为优选，监测腔和参考腔形成为矩形槽。

作为优选，电源模块还包括压电能量收集器。

作为优选，所述压电能量收集器包括一底座，若干弹性元件，若干立柱，若干压电弯曲元件，质量块，上梁；每个立柱垂直设置在底座的侧边上；每个立柱中部上都连接有一压电弯曲元件；压电弯曲元件结构为三层结构，中间层为柔性支撑基片，上下压电层形成在柔性支撑基片两侧；立柱的顶部设置有上梁，向底座的中心方向延伸，从上梁远离立柱的端部下通过弹性元件连接到质量块的顶部，质量块的底部通过弹性元件连接到底座的中心，各个立柱上的压电弯曲元件也分别通过弹性元件连接到质量块的侧面上。

一种基于智能封条锁的生鲜物流用微型水质监控方法，包括制备主体部件和电源模块；电源模块为主体部件提供电能；主体部件包括LED光源、监测池和光电传感器；LED光源提供监测池中水质监测用的光，光电传感器用于将通过监测池的不同波长的光转换为电信号；监测池的制备包括形成滤光片、Si衬底、石英玻璃窗以及密封件；在Si衬底上通过微机械加工工艺形成有监测腔和参考腔；将滤光片和石英玻璃窗分别形成在Si衬底上相对监测腔和参考腔的两个侧面上；在Si衬底上形成密封件，所述密封件在使用中密封参考腔；在密封件上相对于监测腔的位置处形成多个进水孔，用于被监测水体的流入；在滤光片上相对于监测腔和参考腔的位置处分别形成有不同波长的滤光层。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本发明基于现有的水质监测传感器，首次提供了一种基于MEMS的生鲜物流用微型水质监控设备，基于精密加工的MEMS的微型多参数光谱传感器可以将体积大大缩小，并进一步实现无供电监测等多种优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：为本发明的基于MEMS的微型多参数光谱传感器的构架示意图；

图2：为本发明的基于MEMS的微型多参数光谱传感器的监测池的外部俯视图；

图3：为沿图2中的监测池的A－A’线的剖视图；

图4：为图2中的监测池的滤光片的结构示意图；

图5：为本发明的基于MEMS的微型多参数光谱传感器的压电能量收集器的剖面图；

图6：为本发明的基于MEMS的微型多参数光谱传感器的压电能量收集器的俯视图；

图7：为本发明封条锁结构示意图；

图8：为数据处理与移动传输模块框架图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：

图1所示为本发明的基于MEMS的微型多参数光谱传感器的构架示意图：本发明的基于MEMS的微型多参数光谱传感器包括主体部件1和电源模块2，电源模块2为主体部件1提供电能，主体部件1包括LED光源、监测池和光电传感器，LED光源提供监测池中水质监测用的光，光电传感器用于将通过监测池的不同波长的光转换为电信号。当然还可以包括无线发射模块或者存储模块，无线发射模块可以将监测结果发送，或者采用存储模块将监测结果存储。

参考图2－4：详细说明本发明的基于MEMS的微型多参数光谱传感器的监测池的结构，所述监测池包括滤光片3，Si衬底4，石英玻璃窗7，密封件9；Si衬底4上通过微机械加工工艺形成有监测腔5和参考腔6，如图3所示，监测腔5和参考腔6可以形成为矩形槽，或者其他形状的槽，滤光片3和石英玻璃窗7分别形成在Si衬底4上相对监测腔5和参考腔6的两个侧面上，Si衬底4上形成有密封件9，所述密封件9的作用是在使用中密封参考腔6，并能方便的更换参考腔6中的参考介质，在密封件9上相对于监测腔5的位置处形成若干进水孔10，也可以形成为进水槽，用于被监测水体的流入，滤光片3上相对于监测腔5和参考腔6的位置处分别形成有滤光层11。LED光源发出的光如图2中箭头8所示)通过石英玻璃窗7后分别入射进监测腔5和参考腔6，石英玻璃窗7与滤光片3之间的距离(即监测腔5或参考腔6的长度)为光程，通过检测腔5和参考腔6之后的光再穿过对应的滤光片3上的滤光层11，对应于参考腔的滤光层11为254nm，对应监测腔5的滤光层分别为220nm、254nm、280nm和905nm中的一个或多个(图4中仅仅示意性的表示出3个)，最后通过光电传感器将上述不同波长的光转换为电信号。通过监测腔和参考腔之间的比对可以测量COD、硝氮、氨氮等。

上述监测腔的长度可以选取范围在1－25mm之间，当面对不同的被监测水体需要不同的光程的时候，可以采取多个监测池组合在一起来实现。

上述参考腔中的参考介质可以是参考溶液或者其他本领域常用的参考介质。

电源模块2上一般需要安装电池，但化学电池存在体积大，使用寿命短的不足，且废旧电池处理不当还会造成严重的环境污染，因此近年来能量采集成为众多学者研究热门领域。能量采集系统研究的是如何为更换电池不方便的设备利用周围环境中的能量实现能量自给的。

所以，进一步的，在电源模块2上还可以安装压电能量收集器来提供电能。采用压电能量收集器收集器件震动时产生的能量；比如说将本发明的基于MEMS的微型多参数光谱传感器置于流动的液体中进行监测时，其会不停的受到震动的作用；利用电能存储模块将压电能量收集器收集的能量转换成电能并存储以及对主体部件1进行供电；

图5为本发明的基于MEMS的微型多参数光谱传感器的压电能量收集器的剖面图；图6为本发明的基于MEMS的微型多参数光谱传感器的压电能量收集器的俯视图。其包括底座21，多个弹性元件22，可以选择压缩弹簧，多个立柱23，多个压电弯曲元件24，质量块25，上梁26，图5实施例示出4个立柱，当然本发明还可以采用5个，6个或者更多，4个立柱23都垂直设置在底座21的侧边中部上，每个立柱中部上都连接有一压电弯曲元件24，压电弯曲元件24结构为三层结构，中间层为柔性支撑基片，上下压电层形成在柔性支撑基片两侧，柔性支撑基片可以是塑料，金属或者其他的柔性材料，以允许上下压电层粘合于其上，其中一个立柱23顶部设置有一上梁26，向底座21的中心方向延伸，从上梁26远离立柱23的端部下通过弹性元件22连接到质量块25的顶部，质量块25的底部通过弹性元件22连接到底座21的中心，各个立柱23上的压电弯曲元件24也分别通过弹性元件22连接到质量块的侧面上。因此，外部能量引起质量块5上下震动，并通过各个弹性元件22使得各个立柱23上的压电弯曲元件24发生弯曲形变，从而诱发材料内部电荷位移产生最强电场/电压。本压电能量收集器可以通过质量块25在上下左右前后各个方向上的移动从而引发压电弯曲元件24发生弯曲形变，达到了较好的震动能量收集效果，并容易实现小型化。

本发明还公开了一种基于MEMS的微型多参数光谱传感器的制造方法，包括制备主体部件1和电源模块2；电源模块2为主体部件1提供电能；主体部件1包括LED光源、监测池和光电传感器；LED光源提供监测池中水质监测用的光，光电传感器用于将通过监测池的不同波长的光转换为电信号；监测池的制备包括形成滤光片3、Si衬底4、石英玻璃窗7以及密封件9；在Si衬底4上通过微机械加工工艺形成有监测腔5和参考腔6；将滤光片3和石英玻璃窗7分别形成在Si衬底4上相对监测腔5和参考腔6的两个侧面上；在Si衬底4上形成密封件9，所述密封件9在使用中密封参考腔6；在密封件9上相对于监测腔5的位置处形成多个进水孔10，用于被监测水体的流入；在滤光片3上相对于监测腔5和参考腔6的位置处分别形成有不同波长的滤光层11。

在本发明中，如图7、8，所述封条锁设置在光电传感器外侧，所述封条锁包括封条锁钢丝，电子锁扣以及数据处理与移动传输模块，数据处理与移动传输模块连接光电传感器，

所述数据处理与移动传输模块中设有sim卡，数据处理与移动传输模块包含处理器与和所述处理器连接的第一信号转换模块，依次连接的数据源模块、数据编码和第二信号转换模块，以及输入输出第一信号好第二信号的复用端口，还包括开关模块和低速端口；所述低速端口，其用来连接开关模块，用于输入输出低速信号；所述开关模块，用来检测并且控制低速信号的通断，也用来检测并控制所述第一信号或第二信号的通断；第一信号模块，用来光信号转换为电信号，并且发送到处理器中；第二信号模块，用于将步进电机传递的信号转换为数字信号并且发送至数据编码模块中；数所的数据编码模块，用于将所述的第二信号转换成信号编码，并且输出到所述的数据源模块中。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。