水質傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種水質傳感器，包括殼體以及安裝在殼體上的光學窗口，水質傳感器還包括紫外光發(fā)射源、以及用作紫外光傳播介質的介質部，紫外光發(fā)射源和介質部被如此配合設置以使自紫外光發(fā)射源發(fā)射的紫外光至少部分在光學窗口內被全內反射。本發(fā)明提供的水質傳感器通過設置紫外光發(fā)射源，利用紫外光發(fā)射源發(fā)射的紫外光防止并去除可能附著在光學窗口上的生物污染，并且，利用光的全內反射，將紫外光全部“圈在”光學窗口內部，增加了紫外光的總照射強度，使得水質傳感器具有更長時間抵御生物污染的能力，增加了水質傳感器的現(xiàn)場連續(xù)使用時間，且結構簡單，成本較低。
【專利說明】水質傳感器

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境傳感器制造【技術領域】，具體涉及一種水質傳感器。

【背景技術】
[0002] 水質傳感器用于監(jiān)測各種環(huán)境中水體的質量，通常地，例如包括監(jiān)測水體的渾濁 度、PH值、溶解氧、導電率、溫度、鹽分等指數(shù)。由于水質傳感器需要長期被配置于水體環(huán)境 中，不可避免地，動、植物等生物污染可能大量積累于傳感器上，從而影響傳感器的精準度。
[0003] 現(xiàn)有設計中，已經(jīng)開發(fā)了多種防止生物污染在傳感器上積累的方法：較為常見的 一種是在傳感器上裝配由電機馬達帶動的刷子或海綿墊子，通過機械作動完成對傳感器表 面的清理，但其缺點是體積較大，且電機耗電量很大，并且，更加致命地，由于此類水質傳感 器通常配置有光學窗口，刷子或墊子在對傳感器進行清理的同時，會對光學窗口造成損傷， 嚴重影響傳感器的正常使用；另一種較多使用的方法是采用防生物污染涂料，這種涂料含 有活性生物滅殺劑，例如銅的化合物、氧化銅等，這種涂料常用于保護傳感器的外殼，但卻 無法直接應用在光學窗口表面，不能直接對光學窗口形成保護，故需要額外的遮蔽機構來 專門保護光學窗口，使得傳感器的設計變得復雜化，增加生產成本。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種水質傳感器，其可以以較低的成本、較小的能耗實現(xiàn) 水質傳感器光學窗口的生物污染防護。
[0005] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種水質傳感器，包括殼體以及安裝在所述殼 體上的光學窗口，所述水質傳感器還包括紫外光發(fā)射源、以及用作紫外光傳播介質的介質 部，所述紫外光發(fā)射源和所述介質部被如此配合設置以使自紫外光發(fā)射源發(fā)射的紫外光至 少部分在所述光學窗口內被全內反射。
[0006] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述水質傳感器包括控制單元，所述控制單元至少用 于控制所述紫外光發(fā)射源發(fā)射的紫外光的強度及頻率。
[0007] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述紫外光發(fā)射源和所述光學窗口之間還設置有與所 述介質部相連的光線傳導裝置。
[0008] 作為本發(fā)明的進一步改進，在所述光學窗口內全內反射的紫外光的波長范圍為 250nm?350nm〇
[0009] 作為本發(fā)明的進一步改進，在所述光學窗口內全內反射的紫外光的強度為200J/ m2〇
[0010] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述紫外光發(fā)射源包括紫外線燈管或紫外LED。
[0011] 上述發(fā)明目的還可以通過以下技術方案實現(xiàn)，提供一種水質傳感器，包括殼體以 及安裝在所述殼體上的光學窗口，所述水質傳感器還包括紫外光發(fā)射源、以及與所述光學 窗口相連的導光管，自所述紫外光發(fā)射源發(fā)射的紫外光通過所述導光管入射所述光學窗 口，所述紫外光發(fā)射源被如此設置以使自其發(fā)射的紫外光入射所述光學窗口時的入射角大 于arcsin (nl/n2);其中，nl為所述水質傳感器被配置于的水體的折射率，n2為所述光學 窗口的折射率。
[0012] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述導光管與光學窗口夾呈的角小于90° -arcsin (nl/n2)〇
[0013] 上述發(fā)明目的還可以通過以下技術方案實現(xiàn)，提供一種水質傳感器，包括殼體以 及安裝在所述殼體上的光學窗口，其特征在于，所述光學窗口包括窗口部以及與所述窗口 部連接的導光部，所述水質傳感器還包括紫外光發(fā)射源，自所述紫外光發(fā)射源發(fā)射的紫外 光通過所述導光部入射所述窗口部，所述紫外光發(fā)射源被如此設置以使自其發(fā)射的紫外光 入射所述窗口部時的入射角大于arcsin (nl/n2);其中，nl為所述水質傳感器被配置于的 水體的折射率，n2為所述光學窗口的折射率。
[0014] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述光學窗口的導光部與窗口部夾呈的角小于 90° -arcsin (nl/n2)〇
[0015] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的水質傳感器通過設置紫外光發(fā)射源，利用紫外光 發(fā)射源發(fā)射的紫外光防止并去除可能附著在光學窗口上的生物污染，并且，利用光的全內 反射，將紫外光全部"圈在"光學窗口內部，增加了紫外光的總照射強度，使得水質傳感器具 有更長時間抵御生物污染的能力，增加了水質傳感器的現(xiàn)場連續(xù)使用時間，且結構簡單，成 本較低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明水質傳感器一實施方式的結構示意圖； 圖2是本發(fā)明水質傳感器實施例一的結構示意圖； 圖3是本發(fā)明水質傳感器實施例二的結構示意圖； 圖4是本發(fā)明水質傳感器一實施方式中，采用紫外線燈管作為紫外光發(fā)射源時發(fā)射的 紫外光的光譜分布圖； 圖5是本發(fā)明水質傳感器一實施方式中，采用紫外LED作為紫外光發(fā)射源時發(fā)射的紫 外光的光譜分布圖。

【具體實施方式】
[0017] 以下將結合附圖所示的【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細描述。但這些實施方式并 不限制本發(fā)明，本領域的普通技術人員根據(jù)這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的 變換均包含在本發(fā)明的保護范圍內。
[0018] 參圖1，介紹本發(fā)明水質傳感器的一【具體實施方式】。在本實施方式中，該水質傳感 器100包括殼體10、光學窗口 20、紫外光發(fā)射源30、以及介質部40。
[0019] 殼體10內部定義有裝配空間(未標示)，光學窗口 20安裝在殼體10上，一般地，鄰 近光學窗口 20處還設置有傳感器芯片60用以感測環(huán)境水體的相關參數(shù)，紫外光發(fā)射源30 和介質部40被如此配置以使自紫外光發(fā)射源30發(fā)射的紫外光至少部分在光學窗口 20內 被全內反射(參見圖1中箭頭線所示的紫外光線在光學窗口 20內的傳播路徑)。
[0020] 為了實現(xiàn)紫外光至少部分在光學窗口 20內被全內反射，介質部40的折射率需大 于等于水質傳感器工作水體的折射率，并且，介質部40的折射率等于光學窗口 20的折射率 時，可以保證紫外光最大程度地在光學窗口 20內的全內反射(光學窗口 20的折射率大于水 體的折射率)。
[0021] 為了集成化水質傳感器100的設計，紫外光發(fā)射源30被設置于裝配空間內，從整 體上減小了水質傳感器100的體積，實現(xiàn)小型化。當然，在一些替換的實施方式中，可能通 過將紫外光發(fā)射源30配置在裝配空間之外，以達到相同的技術效果，這種變劣的實施方式 仍應當屬于本發(fā)明的保護范圍之內。
[0022] 紫外光在光學窗口 20內被全內反射避免了紫外光穿透光學窗口 20耗散在其工作 的水體環(huán)境中，相當于將紫外光"圈在"光學窗口 20內部，增加了紫外光在光學窗口 20處 的總照射強度，提高了水質傳感器100防止生物污染的能力。
[0023] 多種更加具體的實施例可被提供用于實現(xiàn)自紫外光發(fā)射源30發(fā)射的紫外光在光 學窗口 20內的全內反射，以下示范性地介紹兩個實施例用于更好地闡述本發(fā)明。
[0024] 實施例一 參圖2,水質傳感器100'包括殼體10'以及安裝在殼體10'上的光學窗口 20'，該水質 傳感器100'還包括紫外光發(fā)射源30'、以及與光學窗口 20'相連的導光管40'，自紫外光發(fā) 射源30'發(fā)射的紫外光通過導光管40'入射光學窗口 20'，并且，紫外光發(fā)射源30'被如此 設置以使其發(fā)射的紫外光入射光學窗口 20'時的入射角大于arcsin (nl/n2);其中，nl為 水質傳感器1〇〇'被配置于的水體的折射率，n2為光學窗口 20'的折射率。
[0025] 這里，默認優(yōu)選地設置導光管40'與光學窗口 20'連接處為緊密配合，保證紫外光 在自導光管40'進入光學窗口 20'時不會被空氣折射。并且，導光管40'采用實心柱體狀 構造，以使紫外光可以在導光管40'本體內傳播，而非是可能的實施例中，在導光管40'內 部構造成的中空環(huán)境中傳播。
[0026] 更進一步地，導光管40'與光學窗口 20'采用相同的材質，以保證導光管40'與光 學窗口 20'具有相同的折射率，使得以特定角度發(fā)射的紫外光能夠以不被改變的角度進入 光學窗口 20'內部，實現(xiàn)在光學窗口 20'內的全反射。當然，在一些替換的實施方式中，也可 以采用折射率大于光學窗口 20'的材質制作導光管40'，此時不可避免地，紫外光會至少有 一部分被光學窗口 20'所反射，雖然可以通過配置紫外光發(fā)射的特定角度使得部分折射進 光學窗口 20'內的紫外光被全內反射，但明顯地，紫外光的照射強度會不可避免地被削弱， 因此，此種實施方式也應當視為一種在本發(fā)明技藝精神基礎上變劣的實施方式。
[0027] arCsin(nl/n2)為使紫外光可以在光學窗口 20'內發(fā)生全內反射的臨界角度，紫外 光的入射角度可以通過具體配置紫外光發(fā)射源30'的角度實現(xiàn)。通常地，水質傳感器100' 所工作于的環(huán)境水體的折射率nl范圍在1. 33~1. 37之間，而制作光學窗口 20'的材質通常 采用玻璃，其折射率n2范圍在1. 45~2. 0之間(一般地，光學窗口 20的折射率大于水體的折 射率)。在制作水質傳感器100'時，僅可能控制采用的光學窗口 20'的折射率n2,而不能確 定具體工作的水體的折射率，故，在一些實施方式中，可以假設水體折射率nl取極大值，從 而獲得一始終可以保證紫外光在光學窗口 20'內全內反射時，紫外光發(fā)射源30'被相應配 置的角度；而在又一些實施方式中，也可以通過設置額外的機構，使得紫外光發(fā)射源30'的 發(fā)射角度可調節(jié)，以靈活適應各種不同折射率的水體環(huán)境。
[0028] 作為一優(yōu)選的實施例，導光管40'與光學窗口 20'夾呈的角小于90° -arcsin(nl/ n2)，并且適應地，與紫外光發(fā)射源30'發(fā)射的紫外光的角度一致，保證紫外光在導光管40' 內以一相對導光管40'軸心不偏移的方向傳播。
[0029] 實施例二 參圖3,水質傳感器100''包括殼體10''以及安裝在殼體10''上的光學窗口 20''，光 學窗口 20''包括窗口部21''以及與窗口部21''連接的導光部22''，該水質傳感器100'' 還包括紫外光發(fā)射源30''，自紫外光發(fā)射源30''發(fā)射的紫外光通過導光部22''入射窗口 部21''，并且，紫外光發(fā)射源30''被如此設置以使其發(fā)射的紫外光入射窗口部21''時的入 射角大于arcsin (nl/n2);其中，nl為水質傳感器100''被配置于的水體的折射率，n2為 光學窗口 20''的折射率。
[0030] 光學窗口 20''的導光部22''充當紫外光進入窗口部21''的傳播介質，使得紫 外光發(fā)射源30' '發(fā)射的紫外光可以按照預定的角度進入窗口部21' '，而不會在自導光部 22' '進入窗口部21' '時被折射，保證紫外光發(fā)射源30' '配置角度的簡易可控，降低水質傳 感器100''的設計難度。
[0031] 作為又一優(yōu)選的實施例，光學窗口 20''的導光部22''與窗口部21''夾呈的角小 于90° -arcsin (nl/n2)，并且適應地，與紫外光發(fā)射源30''發(fā)射的紫外光的角度一致，保 證紫外光在導光部22''內以一相對導光部22''軸心不偏移的方向傳播。
[0032] 應當理解的是，上述兩個實施例僅僅是針對介紹如何配置紫外光發(fā)射源、介質部、 及光學窗口的相對關系，從而保證紫外光在光學窗口內實現(xiàn)全內反射的不范性的實施例， 本領域普通技術人員可以在上述實施例的基礎上，作出一些可輕易聯(lián)想到的改進。
[0033] 繼續(xù)參照圖1，作為優(yōu)選的實施方式，水質傳感器100包括控制單元50,該控制單 元50可至少用于控制紫外光發(fā)射源30發(fā)射的紫外光的強度及頻率，以適應不同的水體環(huán) 境。
[0034] 為了使紫外光發(fā)射源30發(fā)射的紫外光可以以較佳的狀態(tài)入射光學窗口 20,在紫 外光發(fā)射源30和光學窗口 20之間還設置有與介質部40連接的光學傳導裝置（圖未示)，例 如光學透鏡、準直器等，通過這些光線傳導裝置可以使得紫外光以最大的效率耦合入光學 窗口 20,減少能量損耗。
[0035] 波長小于300nm的深紫外是滅殺生物的最佳波長范圍，在本實施方式中，設置在 光學窗口 20內全內反射的紫外光的波長為250nnT350nm，以綜合考量防生物污染的效果及 制造成本，一般地，在光學窗口 20內全內反射的紫外光的強度為200 J/m2,當然，針對一些 實施方式，可以設置紫外光強度在涵蓋200 J/m2的一預定范圍內可調節(jié)。
[0036] 紫外光發(fā)射源30可以例如包括紫外線燈管或紫外LED以提供紫外光照射，圖4、圖 5所示分別為本發(fā)明水質傳感器100采用的紫外線燈管和紫外LED作為紫外光發(fā)射源時的 光譜分布圖，如圖所示，這兩種方式都可以較佳地實現(xiàn)水質傳感器1〇〇光學鏡頭的防污染 功能。
[0037] 本發(fā)明通過上述實施方式具有以下有益效果：本發(fā)明提供的水質傳感器通過設置 紫外光發(fā)射源，利用紫外光發(fā)射源發(fā)射的紫外光防止并去除可能附著在光學窗口上的生物 污染，并且，利用光的全內反射，將紫外光全部"圈在"光學窗口內部，增加了紫外光的總照 射強度，使得水質傳感器具有更長時間抵御生物污染的能力，增加了水質傳感器的現(xiàn)場連 續(xù)使用時間，且結構簡單，成本較低。
[0038] 應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一 個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說 明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術人員可 以理解的其他實施方式。
[0039] 上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說 明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式 或變更均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種水質傳感器，包括殼體以及安裝在所述殼體上的光學窗口，其特征在于，所述水 質傳感器還包括紫外光發(fā)射源、以及用作紫外光傳播介質的介質部，所述紫外光發(fā)射源和 所述介質部被如此配合設置以使自所述紫外光發(fā)射源發(fā)射的紫外光至少部分在所述光學 窗口內被全內反射。
2. 根據(jù)權利要求1所述的水質傳感器，其特征在于，所述水質傳感器包括控制單元，所 述控制單元至少用于控制所述紫外光發(fā)射源發(fā)射的紫外光的強度及頻率。
3. 根據(jù)權利要求1所述的水質傳感器，其特征在于，所述紫外光發(fā)射源和所述光學窗 口之間還設置有與所述介質部相連的光線傳導裝置。
4. 根據(jù)權利要求1所述的水質傳感器，其特征在于，在所述光學窗口內全內反射的紫 外光的波長范圍為250nnT350nm。
5. 根據(jù)權利要求1所述的水質傳感器，其特征在于，在所述光學窗口內全內反射的紫 外光的強度為200J/m2。
6. 根據(jù)權利要求1所述的水質傳感器，其特征在于，所述紫外光發(fā)射源包括紫外線燈 管或紫外LED。
7. -種水質傳感器，包括殼體以及安裝在所述殼體上的光學窗口，其特征在于，所述水 質傳感器還包括紫外光發(fā)射源、以及與所述光學窗口相連的導光管，自所述紫外光發(fā)射源 發(fā)射的紫外光通過所述導光管入射所述光學窗口，所述紫外光發(fā)射源被如此設置以使自其 發(fā)射的紫外光入射所述光學窗口時的入射角大于arcsin (nl/n2);其中，nl為所述水質傳 感器被配置于的水體的折射率，n2為所述光學窗口的折射率。
8. 根據(jù)權利要求7所述的水質傳感器，其特征在于，所述導光管與光學窗口夾呈的角 小于 90° -arcsin (nl/n2)。
9. 一種水質傳感器，包括殼體以及安裝在所述殼體上的光學窗口，其特征在于，所述 光學窗口包括窗口部以及與所述窗口部連接的導光部，所述水質傳感器還包括紫外光發(fā)射 源，自所述紫外光發(fā)射源發(fā)射的紫外光通過所述導光部入射所述窗口部，所述紫外光發(fā)射 源被如此設置以使自其發(fā)射的紫外光入射所述窗口部時的入射角大于arcsin (nl/n2);其 中，nl為所述水質傳感器被配置于的水體的折射率，n2為所述光學窗口的折射率。
10. 根據(jù)權利要求7所述的水質傳感器，其特征在于，所述光學窗口的導光部與窗口部 夾呈的角小于90° -arcsin (nl/n2)。
【文檔編號】G01N33/18GK104111313SQ201310131096
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月16日 優(yōu)先權日:2013年4月16日
【發(fā)明者】潘仲琦, 李文 申請人:蘇州禹陵環(huán)保技術有限公司