专利名称：用于监测水质量的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于监测水质量的设备和方法。
背景技术：
饮用水是危害人类的各种疾病和传染的潜在源，其中的一些疾病和传染甚至是致 命的。一些公知的示例包括霍乱、痢疾和伤寒。为了从实质上降低疾病感染和传染的风险， 在将饮用水分配给人的使用之前，通常在水处理厂中利用氯对饮用水进行处理。氯用作消 毒剂，通过粘附到水中存在的各种细菌和病毒的外表面并且破坏这些细菌和病毒的外表 面，来杀死这些细菌和病毒。通常将水处理厂中的氯作为氯气、次氯酸钠和/或二氧化氯添加到水中。通常在 水厂中以及位于水分配网络中各点处的监测站中执行氯浓度的监测。执行监测以确保将饮 用水中氯浓度维持在低于会对人的使用产生危害的水平而高于实质上消除可能的细菌和 病毒所必需的最小水平。通常由每一个国家的政府规定控制水中氯浓度的水平，并且该水 平在每个国家之间可能不同。在一些国家，通过州或者省的政府调整该水平，而在其它一些 国家，市政府调整该水平。典型地，饮用水应该包含百万分之2到3(ppm)的氯浓度，尽管处 于0. 5到10个ppm范围内的水平都被认为是可接受的。通常使用下述方法中的任意一种或者任意组合在监测站中测量氯浓度DPD(N， N- 二乙基-ρ-苯二胺)方法、碘化物方法和电流测量方法。a. DPD方法通常包括使用DPD自动系统或者可选地使用手持工具箱(kit)。在使 用手持工具箱时，用户取得水样品，将化学DPD混合到样品中，并且随后在视觉上该混合物 的颜色与列出了按照颜色梯度增加的氯水平的颜色表进行比较。自动系统利用将混合物的 颜色与颜色表进行比较的相同原理操作，不同的是所有过程由DPD自动系统自动执行。b.碘化物方法通常包括使用连接到水管的传感器，该传感器适于收集与包含在该 传感器中的DPD混合的水样品。然后通过处理来自包括在该传感器中的光学感测元件的信 号来确定水中氯水平。c.电流测量方法通常包括使用连接到水管的传感器，该传感器通常包括具有水通 过其流动的膜的电极。氯离子(HOCL)透过该膜以在电极中产生电流。对该电流执行信号 处理以确定水中氯浓度。通常，较大的电流与较大的氯浓度相关联。
发明内容
本发明一些实施例的一方面涉及提供用于监测水质量的方法和设备；所述设备适 于在低和/或正常功耗下和/或在低维护环境下工作。该设备还适于在污染和偏远地理区 域中和/或任何环境中使用。用于监测水质量的设备在本领域中是公知的。许多利用市场可购买的传感器测量 水PH值、水温度以及水中氯浓度。通常，由于在需要持续监测水质量时这些设备的功率需 求相当高，因而这些设备局限于在由电力线路或者太阳电池板所服务的地理区域中使用。结果，这些设备都不能在主要道路下方距离地面几米不能获得电力的城市地区中使用，这 就需要在这些区域中通过受训人员通常使用手持测试工具箱进行水质量检查。受训人员进 行水质量检查经常遇到的问题是人员到达偏远监测站或者地下站的频率会受限，因此无 法正确监测水质量。诸如电流测量型的传感器的氯传感器包括电极，该电极会由于长时间(多于一 周)连续暴露于相对低的氯水平而具有不合比例的读数。在水中没有足够的氯时会发生相 对低的氯水平。结果，在人员相对罕见地拜访监测站的区域中，由于不规则地监测水质量， 设备故障的频率预期相对较高。这是由水中实质上低的氯浓度造成的又一潜在健康危害。根据本发明一些实施例的一方面，提供一种用于监测水中氯的设备，所述设备适 于测量水中氯浓度并且适于在该浓度低于诸如o. 03ppm的预定值时断开氯传感器。可选 地，该设备适于测量水流动速率(值)并且适于在水流动速率低于诸如25升每小时(1/h) 的预定值时断开所述氯传感器。该设备可选地适于在预定时间段内多次测量氯浓度和/或 水流动速率，并且适于在氯浓度和/或流动速率低于预定值时断开该传感器。可选地，该设 备适于非周期性地和/或在通过设备外部的源远程初始化时测量氯浓度和/或水流动速 率。根据本发明一些实施例的一方面，所述方法提供低能量睡眠模式，在该睡眠模式 中，在维持为包括在传感器中的电极加电的同时，断开到传感器中大多数功能模块的功率。 通过维持加电的电极，节省了电极在被去电之后返回到操作通常所需的相对延长的稳定时 间。通常，传感器中的大多数功能模块在稳定时间期间操作，这实质上增加了设备功耗。在 操作的睡眠模式中，在要求进行测量时，传感器被相对快速地唤醒，并且然后返回到睡眠， 这实质上降低了设备功耗。此外，该方法提供了关闭模式，其中设备断开到传感器中大多数 功能模块的功率，包括电极。当将功率连接回到电极时，在稳定时间之后，传感器通常准备 用于测量。在传感器中的大多数功能模块被加电时，在操作的活动模式期间执行测量。按照本发明的实施例，该设备包括采样单元，水从传导水的管道经过该采样单元 以用于测量；氯传感器；PH传感器；水温传感器；流动传感器；控制器以及相关联的电子电 路；用于远程无线并且可选地为有线通信的通信模块；包括电池包以及可选地连接到其它 交流(AC)或者直流(DC)功率源的功率模块。按照本发明的实施例，提供一种用于监测水中氯的设备，所述设备包括适于测量 水中氯浓度的氯传感器，以及适于方便活动模式与低能量睡眠模式之间的转换的控制器， 在所述活动模式期间执行水分析，在所述低能量睡眠模式中仍然为所述氯传感器加电但是 不执行水分析。在睡眠模式中，在包括在氯传感器中的电极上维持极化电压，这允许电极在 被断开之后随后连接到能量源所需的稳定时间的明显降低。活动模式与睡眠模式之间的转 换可以按照预定参数进行，该预定参数诸如为预定时间段，从独立定时器接收到指示或者 来自外部源的远程初始化。按照本发明的一些实施例，所述控制器还适于在接收到表示氯浓度处于或者低于 预定值的信号时断开所述氯传感器。可选地，所述控制器还适于在接收表示氯浓度处于或 者低于预定值的信号后预定时间段之后接收表示水中氯浓度的第二信号。所述控制器适于 在所述第二信号表示氯浓度处于或者低于预定值时断开所述氯传感器。此外，所述控制器 还适于在接收到表示水流动值处于或者低于预定值时断开所述氯传感器。此外，所述控制器还适于在预定时间段之后连接所述氯传感器。按照本发明的一些实施例，所述控制器还适于在接收表示氯浓度处于或者低于预 定值的第一信号后预定时间段之后接收表示水中氯浓度的第二信号。所述控制器适于在所 述第二信号表示氯浓度处于或者低于预定值时断开所述氯传感器。此外，所述控制器还适 于在预定时间段之后连接所述氯传感器。按照本发明的实施例，提供一种用于监测水中氯浓度的设备，所述设备包括适于 测量水中氯浓度的氯传感器以及适于在接收到表示水中氯浓度处于或者低于预定值的信 号时断开所述氯传感器的控制器。在本发明的一些实施例中，所述控制器还适于方便活动模式与睡眠模式之间的周 期性转换，其中所述转换取决于预定参数。可选地，所述控制器还适于在接收到表示水流动 值处于或者低于预定值的信号时断开所述氯传感器。此外，所述控制器还适于在接收到表 示水流动值处于或者高于预定值的信号时连接所述氯传感器。按照本发明的一些实施例，所述控制器还适于方便活动模式与睡眠模式之间的周 期性转换，其中所述转换取决于预定参数。可选地，所述控制器还适于在预定时间段之后连 接所述氯传感器。按照本发明的一些实施例，所述氯传感器包括氯感测电极。按照本发明的实施例，提供一种用于监测水中氯的方法，所述方法包括使用氯传 感器测量水中氯浓度；以及在活动模式与低能量睡眠模式之间转换，在活动模式期间执行 水分析，并且在低能量睡眠模式中仍然为氯传感器加电但是不执行水分析。在睡眠模式中， 在包括在氯传感器中的电极上维持极化电压，这允许在电极被断开之后接下来连接到能量 源所需的稳定时间的明显降低。活动模式和睡眠模式之间的转换可以按照预定参数进行， 该预定参数诸如为预定时间段，从独立定时器接收到指示或者来自外部源的远程初始化。按照本发明的一些实施例，所述方法提供所述控制器在接收表示氯浓度处于或者 低于预定值的信号时断开所述氯传感器。可选地，所述方法提供所述控制器在接收表示氯 浓度处于或者低于预定值的第一信号后预定时间段之后接收表示水中氯浓度的第二信号 时断开所述氯传感器。此外，所述方法提供所述控制器在接收到表示水流动值处于或者低 于预定值的信号时断开所述氯传感器。按照本发明的一些实施例，所述方法提供所述控制器在接收到表示氯浓度处于或 者低于预定值的信号时断开所述氯传感器。可选地，所述方法提供所述控制器在接收到表 示所述氯浓度高于预定值的信号时连接所述氯传感器。在本发明的一些实施例中，所述方法提供所述控制器在接收表示氯浓度处于或者 低于预定值的第一信号后预定时间段之后接收表示水中氯浓度的第二信号时断开所述氯 传感器。可选地，所述方法提供所述控制器在预定时间段之后连接所述氯传感器。按照本发明的实施例，提供一种用于监测水中氯浓度的方法，所述方法包括使用 氯传感器测量水中氯浓度以及在控制器接收到表示水中氯浓度处于或者低于预定值的信 号时断开所述氯传感器。在本发明的一些实施例中，所述方法提供所述控制器方便在活动模式与睡眠模式 之间的周期性转换，其中所述转换取决于预定参数。可选地，在接收到表示水流动值处于或 者低于预定值的信号时，所述方法提供所述控制器断开所述氯传感器。此外，在预定时间段之后，所述方法提供所述控制器连接所述氯传感器。在本发明的一些实施例中，所述方法提供所述氯传感器包括氯感测电极。
下面结合附图描述本发明实施例的示例说明。在附图中，在多于一幅图中出现的 相同结构、元件或者部件在其出现的所有图中都使用相同的附图标记。图中示出的部件和 特征的尺寸通常出于方便和清晰呈现的目的进行选择，而不必按照比例示出。下面列出了 附图。图1示意性示出了根据本发明实施例的用于监测水质量的示例性设备的方框图； 以及图2示意性示出了根据本发明实施例的使用图1的示例性设备的方法的流程图。
具体实施例方式参照图1，其示意性示出了根据本发明实施例的用于监测水质量的示例性设备 100的方框图。设备100适于测量在管线104中流动的水的pH值、温度以及氯浓度，并且进 一步适于分析测量值，储存与测量值相关联的数据，并且通过本地接口和/或远程接口输 出该数据，其中与测量值相关联的数据包括该测量值以及所执行的分析的结果。设备100 包括采样单元106、氯传感器107、pH传感器108、水温度传感器109、流动传感器105、包括 相关联的电子电路和外围的控制器101、通信模块103以及功率模块102。设备100通常通过将管线104中的水的一部分改向到采样单元106中执行水质量 的监测，该采样单元106包括氯传感器107、pH传感器108和水温度传感器109。氯传感器 107、pH传感器108和水温度传感器109适于对流经采样单元106的水执行水质量测量，并 且可以是市场销售的传感器。可选地，氯传感器107、pH传感器108和水温度传感器109适 于对流经管线104的水执行水质量测量。流动传感器105适于测量进入采样单元106并且 可选地进入管线104的水流动速率。控制器101包括操作设备100所需的外围和相关联的控制电路，包括控制通信模 块103、功率模块102和所有传感器的操作。控制器101适于从流动传感器105、氯传感器 107、pH传感器108和水温度传感器109接收测量值输入，处理测量值并且对水质量执行分 析。控制器101还适于对从传感器接收的输入，来自设备100外部的源的外部信号，周期性 时间初始化和/非周期性时间初始化做出响应，使设备100处于操作的活动模式、睡眠模式 或者关闭模式。以下为了方便，将来自该设备外部的源的外部信号称为外部中断，并且将周 期性和非周期性时间初始化称为时间中断。可选地，控制器101适于执行自检以评估设备 100的某些功能或者可选地全部功能的正确操作。通信模块103适于使能设备100与物理上位于邻近位置(本地接口)和/或远端 位置(远程接口)的其它通信设备之间的通信。在设备100处于活动模式时可以执行接口 连接。可以利用USB连接和/或其它类型的有线数据传输连接进行设备100与外部设备 之间的本地接口连接，该外部设备诸如外部控制器和/或存储介质，并且该有线数据传输 诸如以太网连接或者适于有线数据传输的其它LAN(局域网)连接。可选地，使用诸如磁盘、闪存卡等类似部件的可移除存储装置进行本地接口连接。可选地，使用诸如WLAN(无线局 域网)的无线装置进行本地接口连接。WLAN符合IEEE标准802. 11 (无线LAN_WiFi)和/ 或IEEE标准802. 15 (无线PAN-WPAN)，在此结合上述IEEE标准作为参考。通常通过无线装置进行设备100与其它通信设备之间的远程接口连接。通信单元 103适于经由包括到天线微波链路的直接天线的RF通信、卫星通信、蜂窝电话网络和/或通 过WLAN进行远程接口连接。WLAN符合IEEE标准802. 16 (宽带无线接入-WiMAX)、802. 20(移 动宽带无线接入-MBWA)和/或802. 22(无线区域网络-WRAN)或者其任意组合，在此结合 上述IEEE标准作为参考。可选地，远程接口连接通过诸如电话线、专用电缆和/或功率线 的有线通信装置实现。通信模块103适于传送与测量值相关联的数据，该数据可以包括测量值以及所执 行的分析的结果。可选地，所传送的数据可以包括与设备操作状态相关的数据以及与设备 故障和/或差的水质量相关的警告/警报。通信模块103还可适于接收外部中断，并且可 选地提示或者请求数据。可选地，通信模块103可以适于接收和向控制器101传送重编程
指令/信息。功率模块102包括适于用作为设备100供电的DC电压源的电池包(package)。功 率模块102可以包括不可充电电池或者可选地可充电电池。功率模块102可以可选地包括 AC/DC电压转换器，用于将设备连接到功率线。此外或者可选地，功率模块102可以连接到 发电机。可选地，功率模块102可以通过用于PC、膝上型电脑的电源的USB接口或者其它 USB接口直流电源进行连接。参照图2，其示意性示出了根据本发明实施例的使用图1的示例性设备测量氯浓 度的方法的算法流程图。本领域的普通技术人员应该意识到，下述算法用于说明目的，可以 在该算法中实现许多其它组合，并且下述算法不以任何形式进行限制。步骤201在设备100处于睡眠模式或者关闭模式时，控制器101接收到中断信 号。该中断信号可以是通过本地接口或者可选地通过远程接口接收的外部中断。可选地， 中断信号可以是预定的和周期性的，或者可选地非周期性的。步骤202控制器101验证该信号是外部中断或者内部中断。如果该信号不是外 部或者内部中断信号，则进行到步骤203。如果该信号是外部或者内部中断信号，则进行到 步骤204。步骤203设备100进入睡眠模式。在睡眠模式中，除了在氯传感器107中断开 的那些功能模块以外，可以可选地断开设备100中的功能模块以进一步降低功耗。对氯传 感器107中的电极加电。步骤204控制器101处理来自流动传感器的测量值输入以确定水流动速率是否 大于预定最小值。如果水流动速率小于或者等于该预定最小值，则进行到步骤205。如果水 流动速率大于该预定最小值，则进行到步骤206。步骤205设备100进入关闭模式。除了传感器107中大多数其它功能模块以外， 断开到氯传感器107中的电极的功率。在关闭模式中，除了断开氯传感器107，可以可选地 断开设备100中的功能模块以进一步降低功耗。步骤206控制器101检查氯传感器107中的电极是否断开。如果电极没有断开， 则进行到步骤207。如果电极断开，则进行到步骤213。
步骤207控制器101接收并处理来自氯传感器107的测量数据。步骤208控制器101对所测量的水中氯浓度与预定最小值进行比较。如果所测 量的氯浓度等于或者大于预定最小值，则进行到步骤209。如果所测量的氯浓度小于该预定 最小值，则进行到步骤210。步骤209设备100进入睡眠模式。步骤210控制器101在预定的时间间隔(时间段)对周期性测量的水中氯浓度 与该预定最小值进行比较。步骤211如果在预定的时间间隔期间所测量的氯浓度等于或者大于预定最小 值，则进行到步骤209。如果在预定的时间间隔期间所测量的氯浓度小于预定最小值，则进 行到步骤212。步骤212设备100进入关闭模式。断开氯传感器107中的功率。步骤213控制器101检查电极是否由于先前测量的水中低氯浓度而断开。如果 没有由于先前测量的水中低氯浓度而断开，则进行到步骤214。如果由于先前测量的水中低 氯浓度而断开，则进行到步骤216。步骤214控制器101激活氯传感器107并且为电极加电。步骤215控制器101接收并处理来自氯传感器107的测量数据。设备100进入
睡眠模式。步骤216控制器101检查自从上一测量以来经过的时间是否大于预定时间间 隔。如果经过的时间小于该预定时间间隔，则进行到步骤212。如果经过的时间大于或者等 于该预定时间间隔，则进行到步骤217。步骤217控制器101激活氯传感器107并且为电极加电。步骤218控制器101接收并处理来自氯传感器107的测量数据。进行到步骤 109。在本发明实施例的说明书和权利要求书中，词语“包含”，“包括”和“具有”及其形 式不必局限于与该词语相关联所列出的部件。已经使用作为示例而非旨在限制本发明范围的本发明实施例的各种详细说明描 述了本发明。所描述的实施例可以包含不同的特征，并非要求本发明的所有实施例都具有 所有这些特征。本发明的一些实施例可以仅利用这些特征的一些或者这些特征的可能组 合。本领域的普通技术人员将明白，本发明可以具有所描述的实施例的各种变型并且本发 明的实施例可以包含在所描述的实施例中出现的特征的不同组合。
权利要求
一种用于监测水中氯的设备，所述设备包括a.适于测量水中氯浓度的氯传感器；以及b.适于方便活动模式与睡眠模式之间转换的控制器，其中所述转换取决于预定参数。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器还适于在接收到表示水中氯浓度处于或 者低于预定值的信号时断开所述氯传感器。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器还适于在接收表示水中氯浓度处于或者 低于预定值的第一信号后预定时间段之后接收表示水中氯浓度的第二信号，其中所述控制 器适于在所述第二信号表示水中氯浓度处于或者低于预定值时断开所述氯传感器。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器还适于在接收到表示水流动值处于或者 低于预定值的信号时断开所述氯传感器。
5.如权利要求2所述的设备，其中所述控制还适于在预定时间段之后连接所述氯传感ο
6.如权利要求3所述的设备，其中所述控制器还适于在预定时间段之后连接所述氯传感器。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述氯传感器包括氯感测电极。
8.一种用于监测水中氯浓度的设备，所述设备包括a.适于测量水中氯浓度的氯传感器；以及b.适于在接收到表示水中氯浓度处于或者低于预定值的信号时断开所述氯传感器的 控制器。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述控制器还适于方便活动模式与睡眠模式之间的 周期性转换，其中所述转换取决于预定参数。
10.如权利要求8所述的设备，其中所述控制器还适于在接收到表示水流动值处于或 者低于预定值的信号时断开所述氯传感器。
11.如权利要求8所述的设备，其中所述控制器还适于在接收到表示水流动值高于预 定值的信号时连接所述氯传感器。
12.如权利要求9所述的设备，其中所述控制器还适于在预定时间段之后连接所述氯 传感器。
13.如权利要求8所述的设备，其中所述氯传感器包括氯感测电极。
14.一种用于监测水中氯的方法，所述方法包括a.使用氯传感器测量水中氯浓度；以及b.使用控制器在活动模式与睡眠模式之间转换，其中所述活动模式和所述睡眠模式之 间的转换取决于预定参数。
15.如权利要求14所述的方法，其中，在接收到表示水中氯浓度处于或者低于预定值 的信号时，所述控制器还适于断开所述氯传感器。
16.如权利要求14所述的方法，其中，在接收表示水中氯浓度处于或者低于预定值的 第一信号后预定时间段之后，在接收到表示水中氯浓度处于或者低于预定值的第二信号 时，所述控制器还适于断开所述氯传感器。
17.如权利要求14所述的方法，其中在接收到表示水流动值处于或者低于预定值的信 号时，所述控制器还适于断开所述氯传感器。
18.如权利要求15所述的方法，其中在接收到表示水流动值高于预定值的信号时，所 述控制器还适于连接所述氯传感器。
19.如权利要求16所述的方法，其中在预定时间段之后，所述控制器还适于连接所述 氯传感器。
20.如权利要求14所述的方法，其中所述氯传感器包括氯感测电极。
21.一种用于监测水中氯浓度的方法，所述方法包括a.使用氯传感器测量水中氯浓度；以及b.在控制器接收到表示水中氯浓度处于或者低于预定值的信号时断开所述氯传感器。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述控制器还适于方便活动模式与睡眠模式之间 的周期性转换，其中所述转换取决于预定参数。
23.如权利要求21所述的方法，其中，在接收到表示水流动值处于或者低于预定值的 信号时，所述控制器还适于断开所述氯传感器。
24.如权利要求22所述的方法，其中在预定时间段之后，所述控制器还适于连接所述 氯传感器。
25.如权利要求23所述的方法，其中在预定时间段之后，所述控制器还适于连接所述氯传感器。
26.如权利要求21所述的方法，其中所述氯传感器包括氯感测电极。
全文摘要
一种用于监测水中氯的设备，所述设备包括适于测量水中氯浓度的氯传感器以及适于方便活动模式与低能量睡眠模式之间转换的控制器，在活动模式期间可以执行水分析，并且在低能量睡眠模式中仍然为氯传感器加电但是不执行水分析。在睡眠模式中，在包括在氯传感器中的电极上维持极化电压，这允许电极在被断开之后接下来连接到能量源所需的稳定时间明显降低。可以按照预定参数进行活动模式与睡眠模式之间的转换，其中预定参数诸如为预定时间段，从独立定时器接收到指示或者来自外部源的远程初始化。
文档编号G01N33/18GK101878425SQ200880117987
公开日2010年11月3日 申请日期2008年10月27日 优先权日2007年10月29日
发明者N·加尔佩林, T·本-戴维 申请人:蓝典水科技有限公司