一种水质在线检测系统的制作方法

本发明涉及一种水质在线检测系统。

背景技术：

水是人类生活和生存的重要资源之一，目前社会和经济发展导致的水污染和水质退化，已成为我们最主要的环境问题之一。近年来，水污染的事件时有发生。为了预防突发性污染事件的产生，有必要采用先进的水质分析技术来实现对水质的检测，同时能实时显示水质检测结果，当水质发生污染事，能及时预警预报。目前国内外常用的水质预警系统主要为基于常规理化分析方法的水质预警系统，能够直接分析测定水环境内的有毒有害物质或浓度，但是往往具有滞后性，需要一定的时间。

目前有机物含量的检测主要是依靠分光光度计，其工作原理为：通过对波长为254纳米的紫外线的吸收度来间接表征有机物的总含量，波长为254纳米的紫外线透过水后，水中的有机物会吸收部分的紫外线，而有机物的浓度越大，紫外线吸收的强度也越大，因此紫外线的吸收度对应着有机物的含量。不同的有机物针对不同波长紫外线有不同的吸收强度，通过扫描不同波长紫外线的吸收强度，可以大致分析出水中不同类有机物的含量。而总含量的测量，即不同有机物含量的综合指标，主要体现在254纳米波长的紫外线上。

但分光光度计本身是一台仪器，价格非常昂贵，体积也非常庞大，最主要的是对于普通人员的使用还有一定障碍。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种成本低、至少能实时显示水中有机物含量的水质在线检测系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种水质在线检测系统，包括水质在线检测单元，与水质在线检测单元连接的控制器单元，及与控制器单元连接的显示单元，其特征在于：所述水质在线检测单元至少包括有用于检测水质有机物含量的有机物检测传感器，其中所述有机物检测传感器包括能发出紫外线的光源，及与所述光源配合的能检测水中有机物含量的检测组件，该检测组件包括

能被所述光源发出的紫外线穿透的检测管，被检测水能通过该检测管；

检测组紫外线接收器，用于检测从所述光源发出、并穿透所述检测管后的紫外线的强度；

其中，检测组紫外线接收器与电路板或控制器单元连接，所述电路板或控制器单元能根据检测组紫外线接收器接收的紫外线强度计算通过检测管内水中有机物含量；当检测组紫外线接收器与电路板连接时，电路板与控制器单元连接。

上述提供的有机物检测传感器，不仅能有效检测水中有机物含量，部件少，结构简单，因此可以制成体积较小、成本较低的检测部件。

作为改进，本发明提供的有机物检测传感器，还包括壳体，检测组件设置在壳体内：所述壳体内设有光源容置腔或允许光源穿过的光源容置孔，所述光源设置在光源容置腔内或穿设在光源容置孔内；所述壳体内还设有与光源容置腔或允许光源穿过的光源容置孔连通的检测管容置腔，检测管设置在检测管容置腔内；所述检测组紫外线接收器设置在壳体内并与检测管相对。

所述光源外套设有隔离遮光保护套，光源套设隔离遮光保护套后设置在壳体的光源容置腔内或穿设在光源容置孔内；隔离遮光保护套上开有检测光透光孔；所述光源发出的紫外线通过检测光透光孔后再穿透所述检测管到达所述检测组紫外线接收器。隔离遮光保护套的作用有为隔离光源，防止光源发出的紫外线对照射导致壳体老化。通过在隔离遮光保护套开设检测光透光孔，可以使光源与检测组紫外线接收器之间的光线发射角度较小，从而减小光线在传送过程中由于折射和反射造成的检测数据的不确定性。

再改进，所述壳体上连接有分别与检测管两端接通的进水接头和出水接头。

再改进，所述进水接头和出水接头与检测管两端连接的部位设有密封圈。

再改进，所述电路板固定在壳体上，壳体内设有与检测管容置腔连通的检测光通道，所述检测组紫外线接收器固定在电路板上后位于检测光通道内。

能发出紫外线的光源一般采用紫外灯，紫外灯随着使用时间的延长，其发出的紫外线强度会产生一定的衰减，为了提高检测的精确度。本发明中的有机物传感器还包括对照组件，对照组件也设置在壳体内，其中对照组件一种较好的方案为：

对照组件包括有能检测直接从所述光源发出的紫外线的强度的对照组紫外线接收器，对照组紫外线接收器也与电路板连接，电路板根据检测组紫外线接收器接收的紫外线强度以及对照组紫外线接收器接收的紫外线强度来计算通过检测管内水中有机物含量；

所述隔离遮光保护套上开有对照光透光孔，对照组紫外线接收器设置在所述壳体内并与对照光透光孔相对，从而使所述光源发出的紫外线通过对照光透光孔后直接到达对照组紫外线接收器。通过在隔离遮光保护套开设对照光透光孔，可以使光源与对照组紫外线接收器之间的光线发射角度较小，从而减小光线在传送过程中由于折射和反射造成的检测数据的不确定性。

所述对照组件与检测组件可以设置在光源的同侧，所述检测光透光孔和所述对照光透光孔位于隔离遮光保护套同一侧；所述壳体内设有与对照光透光孔连通并正对的对照光通道，所述对照组紫外线接收器设置在对照光通道内。

所述对照组件与检测组件也可以对称设置在光源容置腔的两相对侧，所述检测光透光孔和所述对照光透光孔对称设置在隔离遮光保护套两相对侧；壳体上开有与对照光透光孔正对的对照组紫外线接收器安装孔，对照组紫外线接收器设置在该对照组紫外线接收器安装孔内。

所述对照组件与检测组件还可以位于光源容置腔外不同侧，所述检测光透光孔和所述对照光透光孔设置在隔离遮光保护套同一圆周不同位置，且与隔离遮光保护套同一圆周中心点连线之间成非180度的夹角，所述壳体内设有与对照光透光孔连通并正对的对照光通道，所述对照组紫外线接收器设置在对照光通道内。

对照组件另外一种较好的方案为，该对照组件包括有：

能被所述光源发出的紫外线穿透的对照管，对照管内部真空或设空气或设置纯净水；

对照组紫外线接收器，用于检测从所述光源发出、并穿透所述对照管后的紫外线的强度；

对照组紫外线接收器也与电路板连接，电路板根据检测组紫外线接收器接收的紫外线强度以及对照组紫外线接收器接收的紫外线强度来计算通过检测管内水中有机物含量。

可以在隔离保护套上开有对照光透光孔，所述光源发出的紫外线通过对照光透光孔后在穿透所述对照管到达对照组紫外线接收器。

此时，所述对照组件与检测组件同样可以设置在光源的同侧，所述检测光透光孔和所述对照光透光孔位于隔离遮光保护套同一侧；所述壳体内设有与所述对照光透光孔连通的对照管容置腔，对照管设置在对照管容置腔内；所述对照组紫外线接收器设置在壳体内并与对照管相对，从而使所述光源发出的紫外线通过对照光透光孔后再穿透所述对照管到达所述对照组紫外线接收器。

所述对照组件与检测组件同样也可以对称设置在光源容置腔的两相对侧，所述检测光透光孔和所述对照光透光孔对称设置在隔离遮光保护套两相对侧；壳体内设有与所述对照光透光孔连通的对照管容置腔，对照管设置在对照管容置腔内；所述对照组紫外线接收器设置在壳体内并与对照管相对，从而使所述光源发出的紫外线通过对照光透光孔后再穿透所述对照管到达所述对照组紫外线接收器。

所述对照组件与检测组件同样还可以位于光源容置腔外不同侧，所述检测光透光孔和所述对照光透光孔设置在隔离遮光保护套同一圆周不同位置，且与隔离遮光保护套同一圆周中心点连线之间成非180度的夹角，壳体内设有与所述对照光透光孔连通的对照管容置腔，对照管设置在对照管容置腔内；所述对照组紫外线接收器设置在壳体内并与对照管相对，从而使所述光源发出的紫外线通过对照光透光孔后再穿透所述对照管到达所述对照组紫外线接收器。

当隔离保护套上没有专门开设对照光透光孔，仅开有检测光透光孔时，所述壳体内设有与检测光透光孔正对并连通的引光通道，中部与引光通道垂直设置的分光通道，及用于将引光通道内的紫外线均匀分散到分光通道两侧的分光镜，所述检测管容置腔设置在分光通道一侧；所述壳体内位于分光通道另一侧设有对照管容置腔，对照管设置在对照管容置腔内；所述对照组紫外线接收器设置在壳体内并与对照管相对，从而使所述光源发出的紫外线通过检测光透光孔、引光通道后经分光镜进入分光通道后再穿透所述对照管到达所述对照组紫外线接收器。

所述引光通道内壁设有第一隔离保护套。

所述分光通道内壁设有第二隔离保护套。

本发明还包括与所述光源接触用于检测所述光源温度的温度传感器；在电路板水中有机物含量时，主要的干扰因素是光源的变化，而光源的变化主要是由于温度，随着光源的使用时间推长，光源的温度会逐渐升高；因为紫外灯的特性中，紫外线的强度会随着温度的变高而变强，为了提高检测的精度，在壳体内设置与光源接触用于检测所述光源温度的温度传感器，然后通过温度计算结果进行补偿，可以有效提高检测的精确度。

再改进，所述水质在线检测单元还包括浊度传感器和电导率传感器。

再改进，本发明提供的水质在线检测系统还包括与所述控制器单元连接的报警单元。

再改进，本发明提供的水质在线检测系统还包括设置在水质在线检测单元后方管路上的水质净化单元。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在水质在线检测单元中设置有机物检测传感器，从而使本发明提供的水质在线检测系统能实时检测并显示水中有机物含量，另外本发明提供的有机物检测传感器成本低、体积小，适合多种检测场合使用。

附图说明

图1为本发明实施例中水质在线检测系统模块连接框图；

图2为本发明实施例中有机物检测传感器第一种方案的立体结构示意图；

图3为本发明实施例中有机物检测传感器第一种方案的立体剖视图；

图4为本发明实施例中有机物检测传感器第一种方案的立体分解图；

图5为本发明实施例中有机物检测传感器第一种方案另一视角的立体分解图；

图6为本发明实施例中有机物检测传感器第二种方案的立体结构示意图；

图7为本发明实施例中有机物检测传感器第二种方案的剖视图；

图8为本发明实施例中有机物检测传感器第三种方案的剖视图；

图9为本发明实施例中有机物检测传感器第四种方案的剖视图；

图10为本发明实施例中有机物检测传感器第五种方案的剖视图；

图11为本发明实施例中有机物检测传感器第六种方案的立体结构示意图；

图12为本发明实施例中有机物检测传感器第六种方案的立体剖视图；

图13为本发明实施例中有机物检测传感器第七种方案的立体结构示意图；

图14为本发明实施例中有机物检测传感器第七种方案的立体剖视图；

图15为本发明实施例中有机物检测传感器第八种方案的立体剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示的水质在线检测系统，包括水质在线检测单元101，与水质在线检测单元101连接的控制器单元105，及与控制器单元105连接的显示单元102，与控制器单元105连接的报警单元103，设置在水质在线检测单元101后方管路上的水质净化单元104，水进入水质在线检测系统后，通过进水电磁阀106进入水质在线检测单元101，然后再进入水质净化单元104后流出。

其中水质在线检测单元101包括有用于检测水质有机物含量的有机物检测传感器，浊度传感器和电导率传感器。

其中有机物检测传感器的结构有多种，下面将详细描述有机物检测传感器结构的多种方案：

有机物检测传感器的第一种方案：

参见图2～5所示，其包括能发出紫外线的光源1，及与所述光源1配合的能检测水中有机物含量的检测组件，及用于与检测组件配套使用的对照组件。

其中，所述检测组件包括

能被所述光源1发出的紫外线穿透的检测管2，水能通过该检测管2；

检测组紫外线接收器3，用于检测从所述光源1发出、并穿透所述检测管2后的紫外线的强度；

对照组件包括有：

能被所述光源1发出的紫外线穿透的对照管6，对照管6内部真空或设空气或设置纯净水；

对照组紫外线接收器5，用于检测从所述光源1发出、并穿透所述对照管6后的紫外线的强度；

上述检测组紫外线接收器3和对照组紫外线接收器5均与电路板4连接，电路板4根据检测组紫外线接收器3接收的紫外线强度以及对照组紫外线接收器5接收的紫外线强度来计算通过检测管2内水中有机物含量。

电路板4的工作也可以直接由水质在线检测系统的控制器单元105来替代。

在本方案中，有机物检测传感器包括由第一壳体7a和第二壳体7b组装而成的壳体7，壳体7中部内设有允许光源穿过的光源容置孔，光源1穿设在光源容置孔内；第一壳体7a内还设有与光源容置孔连通的检测管容置腔，检测管2设置在检测管容置腔内；所述检测组紫外线接收器设置在第一壳体7a内并与检测管2相对。第二壳体7b内设有与光源容置孔连通的对照管容置腔，对照管6设置在对照管容置腔内；对照组紫外线接收器5设置在第二壳体7b内并与对照管6相对。

光源1外套设有隔离遮光保护套8，光源1套设隔离遮光保护套8后穿设在壳体7的光源容置孔内；隔离遮光保护套8上开有检测光透光孔81；所述光源1发出的紫外线通过检测光透光孔81后再穿透所述检测管2到达所述检测组紫外线接收器3。隔离遮光保护套8上还开有对照光透光孔82；所述光源1发出的紫外线通过对照光透光孔82后再穿透所述对照管6到达所述对照组紫外线接收器5。

第一壳体7a上连接有分别与检测管2两端接通的进水接头71和出水接头72，进水接头71和出水接头72与检测管2两端连接的部位设有密封圈73。

电路板4可以固定在第一壳体7a上，也可以固定在第二壳体7b上，本实施例中，电路板4固定在第一壳体7a上，对照组紫外线接收器5安装在侧板上，侧板固定在第二壳体7b上，对照组紫外线接收器5的输出端通过导线与电路板4连接。

第一壳体7a内设有与检测管容置腔连通的检测光通道74，所述检测组紫外线接收器3固定在电路板4上后位于检测光通道74内；第二壳体7b内设有与对照管容置腔连通的对照光通道75，所述对照组紫外线接收器5固定在侧板上后位于对照光通道75内。

本方案中，所述对照组件与检测组件对称设置在光源容置孔的两相对侧，即：对照组件与检测组件对称设置；所述检测光透光孔81和所述对照光透光孔82对称设置在隔离遮光保护套8两相对侧；这样设置的好处是检测组摄取的紫外线与对照组摄取的紫外线来自于光源1同一圆周位置，因此两者摄取的紫外线的原始光强相差很小；缺点在于：但是如果光源安装好后位置有径向偏移，则会导致对照组件和检测组件获取的检测数据出现较大的偏差。

本实施例中的有机物检测传感器的检测方法，其包括如下步骤：

步骤(1)、将对照管6抽真空，或保持对照管6内充满空气，或在对照管6内冲入纯净水，开启所述光源1，电路板4记录此次对照组紫外线接收器5接收到的紫外线强度值，并将该紫外线强度值记为第一紫外线强度参照值；

步骤(2)、准备n份有机物含量已知且含量均不相同的对照水样，保持所述光源1开启，然后分别将这n份对照水样依次通过所述对照管6，电路板4依次记录n份对照水样流过对照管6时对照组紫外线接收器5接收到的紫外线强度值，并将获得的n份紫外线强度值分别记为第二紫外线强度参照值、第三紫外线强度参照值、……第n+1紫外线强度参照值，其中n为大于等于3的自然数；

步骤(3)、根据步骤(2)获得的n份紫外线强度参照值，获得一份对照水样中有机物含量与紫外线强度参照值之间的对照表；

步骤(4)、保持所述光源1开启，将对照管6抽真空，或保持对照管6内充满空气，或在对照管6内冲入纯净水；将待测水流过所述检测管2，电路板4记录此次检测组紫外线接收器3接收到的紫外线强度值，并将该紫外线强度值记为紫外线强度检测值，同时记录对照组紫外线接收器5接收到的紫外线强度值，将该紫外线强度值记为临时紫外线强度参照值，将临时紫外线强度参照值除以第一紫外线强度参照值，获得光源强度衰减比例，将紫外线强度检测值乘以光源强度衰减比例，获得紫外线强度查找值，然后采用该紫外线强度查找值，通过查询步骤3获得的对照表，获得此时待测水中的有机物含量。

在上述检测方法中，主要的干扰因素是光源的变化，而光源的变化主要是由于温度，随着光源的使用时间推长，光源的温度会逐渐升高；因为紫外灯的特性中，紫外线的强度会随着温度的变高而变强，为了进一步提高检测的精度，壳体7内还包括与所述光源1接触用于检测所述光源1温度的温度传感器11；在所述步骤(1)和步骤(2)中，保持所述光源1开启，然后通过所述温度传感器11实时检测光源1的温度，记录光源(1)在不同温度值下，多个第一紫外线强度参照值和多个第二紫外线强度参照值、多个第三紫外线强度参照值、……多个第n+1紫外线强度参照值；然后所述步骤(3)获得一份对照水样中有机物含量与光源在不同温度值下的紫外线强制参照值之间的对照表；最后在步骤(4)中，同样保持所述光源(1)开启，并通过所述温度传感器(11)实时检测光源(1)的温度，根据当前光源(1)的温度值与当前紫外线强度检测值，通过查表获得此时待测水中的有机物含量。

有机物检测传感器的第二种方案：

参见图6和图7所示，第一种方案相比，壳体7内仅包括检测组件，而没有设置对照组件。

本方案中的有机物检测传感器的检测方法包括如下步骤：

步骤(1)、将检测管2抽真空，或保持检测管2内充满空气，或在检测管2内冲入纯净水，然后开启所述光源1，电路板4记录此次检测组紫外线接收器3接收到的紫外线强度值，并将该紫外线强度值记为第一紫外线强度参照值；

步骤(2)、准备n份有机物含量已知且含量均不相同的对照水样，保持所述光源1开启，然后分别将这n份对照水样依次通过所述检测管2，电路板4依次记录n份对照水样流过检测管2时检测组紫外线接收器3接收到的紫外线强度值，并将获得的n份紫外线强度值分别记为第二紫外线强度参照值、第三紫外线强度参照值、……第n+1紫外线强度参照值，其中n为大于等于3的自然数；

步骤(3)、根据步骤(1)和步骤(2)获得的n+1份紫外线强度参照值，获得一份对照水样中有机物含量与紫外线强度参照值之间的对照表；

步骤(4)、保持所述光源1开启，将待测水流过所述检测管2，电路板4记录此次检测组紫外线接收器3接收到的紫外线强度值，并将该紫外线强度值记为紫外线强度检测值，然后通过查询步骤(3)获得的对照表，获得此时待测水中的有机物含量。

有机物检测传感器的第三种方案：

与第一种方案不同的是，对照组件与检测组件设置在光源1的同侧，检测光透光孔81和所述对照光透光孔82位于隔离遮光保护套8同一侧；其内部结构参见图8所示。

在本实施例中，对照组件和检测组件在同一侧的好处是当紫外灯位置发生径向偏移时，检测组件和对照组件摄取到的紫外线强度偏差较少；其缺点是：由于紫外灯在轴向不同位置发光的强度可能会存在一定的偏差，所以，该实施例中，要求紫外灯在轴向方向上光强需要一致性好。

本方案中的有机物检测传感器的检测方法与第一种方案相同。

有机物检测传感器的第四种方案：

与第一种方案不同的是，对照组件仅包含对照组紫外线接收器5，没有设置对照管，对照组紫外线接收器5直接设置在对照光通道75内，其内部结构参见图9所示。所述光源1发出的紫外线通过对照光透光孔82沿着对照光通道75直接到达对照组紫外线接收器5。

本实施例中的有机物检测传感器的检测方法，其包括如下步骤：

步骤(1)、开启所述光源1，电路板4记录此次对照组紫外线接收器5接收到的紫外线强度值，并将该紫外线强度值记为第一紫外线强度参照值；

步骤(2)、准备n份有机物含量已知且含量均不相同的对照水样，保持所述光源1开启，然后分别将这n份对照水样依次通过所述检测管2，电路板4依次记录n份对照水样流过检测管2时检测组紫外线接收器3接收到的紫外线强度值，并将获得的n份紫外线强度值分别记为第二紫外线强度参照值、第三紫外线强度参照值、……第n+1紫外线强度参照值，其中n为大于等于3的自然数；

步骤(3)、根据步骤(2)获得的n份紫外线强度参照值，获得一份对照水样中有机物含量与紫外线强度参照值之间的对照表；

步骤(4)、保持所述光源1开启，将待测水流过所述检测管2，电路板4记录此次检测组紫外线接收器3接收到的紫外线强度值，并将该紫外线强度值记为紫外线强度检测值，同时记录对照组紫外线接收器5接收到的紫外线强度值，将该紫外线强度值记为临时紫外线强度参照值，将临时紫外线强度参照值除以第一紫外线强度参照值，获得光源强度衰减比例，将紫外线强度检测值乘以光源强度衰减比例，获得紫外线强度查找值，然后采用该紫外线强度查找值，通过查询步骤(3)获得的对照表，获得此时待测水中的有机物含量。

有机物检测传感器的第五种方案：

与第四种方案不同的是，对照组件和检测组件设置在光源的同侧，壳体外形构造则与第二种方案相同，内部结构参见图10所示。

本方案中的有机物检测传感器的检测方法与第四种方案相同。

有机物检测传感器的第六种方案：

与第四种方案不同的是，壳体7为整体件，对照组件与检测组件位于光源容置腔外不同侧，所述检测光透光孔81和所述对照光透光孔82设置在隔离遮光保护套8同一外圆周不同位置，且与隔离遮光保护套8同一圆周中心点连线之间成非180度的夹角，本实施例中的夹角为60度，壳体外形结构参见图11，壳体内部结构参见图12所示。

有机物检测传感器的第七种方案：

与第一种方案不同的是，隔离遮光保护套8上仅开有一个检测光透光孔81，而所述壳体7内设有与检测光透光孔81正对并连通的引光通道76，中部与引光通道76垂直设置的分光通道77，及用于将引光通道76内的紫外线均匀分散到分光通道77两侧的分光镜78，分光镜78为三棱镜；所述检测管容置腔设置在分光通道77一侧；所述壳体内位于分光通道77另一侧设有对照管容置腔，对照管6设置在对照管容置腔内；所述对照组紫外线接收器5设置在壳体7内并与对照管6相对，从而使所述光源1发出的紫外线通过检测光透光孔81、引光通道76后经分光镜78进入分光通道77后再穿透所述对照管2到达所述对照组紫外线接收器5。引光通道76内壁设有第一隔离保护套9，分光通道77内壁设有第二隔离保护套10，参见图13、14所示。

本实施例中，紫外线经过分光镜78分光，保证检测组合对照组的紫外线原始光强相同。

有机物检测传感器的第八种方案：

与第四种方案不同的是，壳体内设有光源容置腔，光源1为小型的紫外灯或led紫外灯，光源1整体设置在光源容置腔内，参见图15所示。