带自动盐度补偿的光学溶解氧传感器及其制造方法与流程

本发明属于传感器技术领域,具体涉及一种基于光纤技术的带自动盐度补偿的光学溶解氧传感器及其制造方法。

背景技术：

溶解氧指的是溶解于水中的分子态氧，是衡量水体水质好坏的关键指标，因此，检测并控制水中溶解氧浓度的高低是实现水质优化的关键环节。随着我国深化环境监测体制机制改革、谋划新时代生态环境监测体系的需要以及国家产业结构优化调整，国内使用的第二代电化学测量技术，因其测量精度有限、操作繁琐、要求频繁维护等缺点已不能满足国内行业的在线监测及综合管理的需求。

随后出现的光学溶解氧传感器采用第三代溶解氧测量技术(光学测量技术)，利用荧光淬灭原理，通过氧气分子与荧光分子的相互作用，将光电二极管接收到的微弱光信号转换为电信号，并采用先进的非线性算法拟合，获得最稳定、最敏感的溶解氧浓度变化，其具有准确度高、响应时间快、免维护、不受制于流速的影响且即插即用的优点，是在线监测的理想方案。

研究发现，水中溶解氧含量随温度、压力以及盐度的变化而变化。在溶解氧测定过程中，盐度补偿通常在仪表端完成：手动输入一盐度数据，或用一支独立的电导电极采集水中盐度数据，再经补偿算法实现溶解氧的盐度补偿。目前文献记载的实现盐度补偿的方式包括：(1)仪表连接电化学溶解氧电极和电化学电导电极，分别采集信号，再通过仪表端实现盐度补偿功能，参见图1所示；(2)将电化学电导电极与电化学溶解氧电极集成在一个探头上，最后在仪表端实现盐度补偿，参见图2所示。上述两种方式普遍存在响应速度慢、传输距离短的缺点。

技术实现要素：

本发明的发明目的是提供一种带自动盐度补偿的光学溶解氧传感器及其制造方法，既实现了水中电导测定，又具备温度测定及溶解性总固体含量测定的功能，且具有稳定性高、响应时间快、可远距离传输的特点。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种带自动盐度补偿的光学溶解氧传感器，包括管状的传感器探头壳体、设于传感器探头壳体内的光纤或光纤束、设于光纤或光纤束内的电导电极以及设于传感器探头壳体末端的pcb模块；

所述光纤或光纤束与传感器探头外壳之间沿光纤或光纤束周向等间距或不等间距设有单数或复数列光敏膜组件，每列所述光敏膜组件包括单数或复数个等间距或不等间距设置的光敏膜单元，所述传感器探头上开设有对应所述光敏膜单元的窗口；

所述电导电极包括电导电极壳体和设于电导电极壳体内的电导电极片；

所述pcb板模块包括pcb线路板、led光源和光电二极管，所述led光源包括激发光源和参比光源，所述光电二极管电连接到pcb线路板上；

所述电导电极片经导线连接到pcb线路板上。

上文中，各所述光敏膜实际是以阵列形式分布在光纤的外表面上。

上述技术方案中，所述光纤或光纤束与传感器探头外壳之间沿光纤或光纤束周向等间距设有3列光敏膜组件，每列所述光敏膜组件包括3个等间距设置的光敏膜单元。

上述技术方案中，所述电导电极为二电极式电导电极或四电极式电导电极。其中，四电极式电导电极的优点是可以避免电极极化带来的测量误差。

上述技术方案中，所述电导电极片为由石墨或不锈钢或钛合金或铂金制备的电导电极片。

上述技术方案中，所述激发光源为绿光光源或蓝光光源，所述参比光源为红光光源。

上述技术方案中，所述pcb板模块外接用于显示信号处理结果的仪表显示终端。

上述技术方案中，还包括一向pcb板模块录入温度数据的测温机构。

本发明还要求保护一种带自动盐度补偿的光学溶解氧传感器的制造方法，引入光纤或光纤束技术用来制造光学溶解氧传感器，并将其与电导电极相结合，由内到外依次将电导电极、光纤或光纤束和光敏膜封装在传感器探头壳体内，并在传感器探头壳体末端设置一集成有pcb线路板、led光源和光电二极管的pcb板模块。

本发明的工作原理为：参比光源发出的参比红光通过光纤或光纤束传导至光敏膜上，激发光源与光敏膜作用，产生激发红光，将激发红光与参比红光进行对比并经光电二极管采集后发送到pcb板上进行信号处理，获得需要的光电转换信号；电导电极将采集到的电导电极信号发送到pcb板上与光电转换型号、温度数据相结合，通过算法集成，实现对溶解氧浓度的自动盐度补偿。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明首次将电化学电导电极和光学溶解氧传感器整合于探头端，提供一种基于光纤技术的带自动盐度补偿的光学溶解氧传感器，既实现了水中电导测定，又具备温度测定及溶解性总固体含量测定，还具有稳定性高、响应时间快、可远距离传输的优点。

附图说明

图1是本发明背景技术中现有的一种盐度补偿方式示意图。

图2是本发明背景技术中现有的另一种盐度补偿方式示意图。

图3是本发明实施例一的结构示意图。

图4是本发明实施例一的工作原理示意图。

其中：1、传感器探头壳体；2、光纤或光纤束；3、电导电极；4、pcb板模块；5、光敏膜；6、电导电极壳体；7、电导电极片；8、pcb线路板；9、光电二极管。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：

参见图3所示，一种带自动盐度补偿的光学溶解氧传感器，包括管状的内部带有空腔的传感器探头壳体1、设于传感器探头壳体内的光纤或光纤束2、设于光纤或光纤束内的电导电极3以及设于传感器探头壳体末端的pcb模块4；

所述光纤或光纤束与传感器探头外壳之间沿光纤或光纤束周向等间距设有2列光敏膜组件，每列所述光敏膜组件包括2个等间距设置的光敏膜单元5，所述传感器探头上开设有对应所述光敏膜单元的窗口；

所述电导电极包括电导电极壳体6和设于电导电极壳体内的电导电极片7；

所述pcb模块包括pcb线路板8、led光源(图中未画出)和光电二极管9，所述led光源包括一个激发光源和一个参比光源，所述光电二极管电连接到pcb线路板上；

所述电导电极片经导线连接到pcb线路板上。

本实施例中，所述传感器探头壳体采用不锈钢或塑料制成。

本实施例中，各所述光敏膜单元实际是以阵列形式分布在光纤或光纤束的外表面上。

本实施例中，所述电导电极为二电极式电导电极。

本实施例中，所述电导电极片为由石墨或不锈钢或钛合金或铂金制备的电导电极片。

本实施例中，所述激发光源为绿光光源，所述参比光源为红光光源。

本实施例中，所述pcb板模块外接用于显示信号处理结果的仪表显示终端，具体可以为液晶显示屏。

本实施例中，还包括一向pcb板模块录入温度数据的测温机构。具体地，所述测温机构可以选用手持式测温枪测得水温后，再由人工手动将温度数据录入到pcb板模块中。

本发明还公开了一种带自动盐度补偿的光学溶解氧传感器的制造方法，引入光纤或光纤束技术用来制造光学溶解氧传感器，并将其与电导电极相结合，由内到外依次将电导电极、光纤或光纤束和光敏膜封装在传感器探头壳体内，并在传感器探头壳体末端设置一集成有pcb线路板、led光源和光电二极管的pcb板模块。

参见图4所示，本发明的光学溶解氧传感器在使用时，参比光源发出的参比红光通过光纤或光纤束传导至光敏膜上，激发光源与光敏膜作用，产生激发红光，将激发红光与参比红光进行对比并经光电二极管采集后发送到pcb板上进行信号处理，获得需要的光电转换信号；电导电极将采集到的电导电极信号发送到pcb板上与光电转换型号、温度数据相结合，通过算法集成，实现对溶解氧浓度的自动盐度补偿。

实施例二：

一种带自动盐度补偿的光学溶解氧传感器，包括管状的内部带有空腔的传感器探头壳体1、设于传感器探头壳体内的光纤或光纤束2、设于光纤或光纤束内的电导电极3以及设于传感器探头壳体末端的pcb板模块4；

所述光纤或光纤束与传感器探头外壳之间沿光纤或光纤束周向等间距设有3列光敏膜组件，每列所述光敏膜组件包括3个等间距设置的光敏膜单元5，所述传感器探头上开设有对应所述光敏膜单元的窗口；

所述电导电极包括电导电极壳体6和设于电导电极壳体内的电导电极片7；

所述pcb板模块包括pcb线路板8、led光源和光电二极管9，所述led光源包括一个激发光源和一个参比光源，所述光电二极管电连接到pcb线路板上；

所述电导电极片经导线连接到pcb线路板上。

本实施例中，所述电导电极为四电极式电导电极。

本实施例中，所述激发光源为蓝光光源，所述参比光源为红光光源。

本实施例中，还包括一向pcb板模块录入温度数据的测温机构。具体地，所述测温机构可以选用温度传感器探头，温度传感器探头与pcb线路板有线或无线连接。其中，当温度传感器探头与pcb线路板有线连接时，温度传感器探头的信号输出端经导线连接到pcb线路板的信号输入端；当温度传感器探头与pcb线路板无线连接时，温度传感器探头经一无线通信模块实现与pcb线路板的信号传输，此时，温度传感器探头上集成有无线通信模块的信号发送端，pcb线路板上集成有无线通信模块的信号接收端。通过设置温度传感器探头可以实现温度数据的自动录入。

实施例三：

一种带自动盐度补偿的光学溶解氧传感器，包括管状的内部带有空腔的传感器探头壳体1、设于传感器探头壳体内的光纤或光纤束2、设于光纤或光纤束内的电导电极3以及设于传感器探头壳体末端的pcb板模块4；

所述光纤或光纤束与传感器探头外壳之间沿光纤或光纤束周向不等间距设有4列光敏膜组件，每列所述光敏膜组件包括4个不等间距设置的光敏膜单元5，所述传感器探头上开设有对应所述光敏膜的窗口；

所述电导电极包括电导电极壳体6和设于电导电极壳体内的电导电极片7；

所述pcb板模块包括pcb线路板8、led光源和光电二极管9，所述led光源包括一个激发光源和一个参比光源，所述光电二极管电连接到pcb线路板上；

所述电导电极片经导线连接到pcb线路板上。

本实施例中，所述电导电极为四电极式电导电极。

本实施例中，所述激发光源为绿光光源，所述参比光源为红光光源。

本实施例中，还包括一向pcb板模块录入温度数据的测温机构。具体地，所述测温机构可以选用一集成在电导电极上的温度传感器，温度传感探器的信号输出端经导线连接到pcb线路板的信号输入端。通过设置温度传感器可以实现温度数据的自动录入。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的上述实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。