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光學型水質(zhì)傳感器的工作原理是什么

更新時間:2025-12-20      瀏覽次數(shù):11
光學型水質(zhì)傳感器的核心工作原理是 利用水體中目標物質(zhì)對特定波長光線的散射、吸收、熒光淬滅等光學特性,將光信號的變化量轉(zhuǎn)化為電信號,進而反推目標水質(zhì)參數(shù)的濃度或含量
其基本工作流程為:
  1. 傳感器內(nèi)置光源發(fā)射固定波長的光線(常見紅外光、藍光、紫外光);

  2. 光線穿透或照射水樣時,與水中目標物質(zhì)發(fā)生光學作用,導(dǎo)致光的強度、波長、相位或衰減時間發(fā)生改變;

  3. 光電探測器接收作用后的光信號,并將其轉(zhuǎn)化為可測量的電信號;

  4. 信號處理模塊對電信號進行放大、校準、計算,最終輸出與目標水質(zhì)參數(shù)對應(yīng)的數(shù)值。

根據(jù)光學作用的差異,光學型水質(zhì)傳感器主要分為以下三類,對應(yīng)不同的監(jiān)測指標:
  1. 散射光型傳感器適用于監(jiān)測濁度、懸浮物濃度等參數(shù)。
    • 原理:水中懸浮顆粒物會使入射光線發(fā)生散射(即光線偏離原傳播方向),散射光的強度與顆粒物的濃度、粒徑呈正相關(guān)。

    • 典型設(shè)計:采用 90° 散射光法,光源與光電探測器呈 90° 夾角布置。光源發(fā)射的平行光穿過水樣,探測器只接收顆粒物散射的光線,避免直射光干擾。懸浮顆粒物越多,散射光越強,轉(zhuǎn)化的電信號就越大。

    • 應(yīng)用:自來水廠原水濁度監(jiān)測、污水處理廠懸浮物濃度檢測。

  2. 吸收光型傳感器適用于監(jiān)測余氯、COD(化學需氧量)、氨氮、重金屬等參數(shù)。
    • 原理:不同物質(zhì)對特定波長的光線具有選擇性吸收特性(朗伯 - 比爾定律)—— 當光線穿過水樣時,目標物質(zhì)會吸收部分光線,光線的衰減程度與目標物質(zhì)的濃度成正比。

    • 典型設(shè)計:光源、水樣、光電探測器呈直線布置。探測器分別測量入射光強度和透射光強度,通過計算兩者的比值,結(jié)合校準曲線,即可得出目標物質(zhì)的濃度。

    • 舉例:余氯傳感器選用特定波長的紫外光,余氯分子會吸收該波長的光線,余氯濃度越高,透射光強度越弱。

  3. 熒光淬滅型傳感器最典型的是熒光法溶解氧傳感器,相比傳統(tǒng)電化學溶解氧傳感器,穩(wěn)定性和抗干擾能力更強。
    • 原理:傳感器的熒光膜表面涂有熒光物質(zhì),當藍光照射熒光膜時,熒光物質(zhì)被激發(fā)并釋放出紅光;水中的溶解氧會與熒光物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),抑制熒光的發(fā)射(即 “熒光淬滅"),溶解氧濃度越高,熒光的衰減時間越短。

    • 典型設(shè)計:內(nèi)置藍光光源和紅光探測器,通過精準測量熒光的衰減時間,與預(yù)設(shè)的校準曲線對比,計算出溶解氧的含量。

    • 優(yōu)勢:無需電解液、無消耗性電極,維護周期長,適用于復(fù)雜水體(如工業(yè)廢水、海水)的長期監(jiān)測。


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