[发明专利]一种锥形光电耦合的水质现场取样检测探头

说明书

技术领域

本发明属于水质检测领域，具体涉及一种锥形光电耦合的水质现场取样检测探头。

背景技术

社会的快速发展，使人类对水资源的需求量不断增加，随之带来的水污染问题也越来越严重。传统的水质检测主要是利用电化学方法或者实验室化学试剂反应检测水质成分，这些方法不仅会浪费大量的人力和物力资源，还容易引起二次污染，也不能得到现场实时水环境信息，不利于水环境的监控和治理。其它光电类水质探测器则存在信号利用率低，光电探测器不能完全接收光信号和光电探测器尺寸大的缺点，不利于精确测量和节约成本。

因此，为了避免上述问题，本发明设计了一种锥形光电耦合的水质现场取样检测探头，该探头使带有被测物质信息的光信号能完全被光电探测器接收，同时这种取样探头易于便携化和微型化，集成后的检测系统信噪比高，利于在环境检测现场进行水质取样检测。

发明内容

本发明目的在于解决传统水质检测不能现场取样检测、检测周期长、二次污染严重等问题，同时解决了其它光电水质探测器光电检测效率不高的问题。因此，本发明将设计一种锥形光电耦合的水质现场取样检测探头，该锥形探头可以使带有被测物质信息的光信号完全被光电探测器接收，有效提高光电检测的光电检测效率，同时能够实现现场实时取样检测，既经济、节约、环保，又能集成在便携式系统中，便于携带、清洗和更换。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的锥形取样探头主要是由光学聚合物材料制成，探头整体形状为圆锥或方锥形，即探头直径随探头长度线性变化。同时，为了使光信号在取样探头内传输时满足全反射条件，使用的是低折射率光学聚合物材料。

锥形探头大口径端密封塞能从大口径端取下，便于水质现场取样；同时，该结构利于从大口径端观察探头内部污染情况，可及时进行清洗或更换，保证水质检测的准确性。

大口径密封塞末端集成有一LED光源，作为探测光源，该LED发光谱线特征要与被测物质谱线特征相匹配，LED光源位于密封塞的准直透镜和凹面反射镜焦点处，准直透镜可以保证光源发出的光以平行光照射锥形探头，从而使一部分平行光直接透过锥形槽内水质被光电探测器接收，另一部分光在锥形内壁多次全反射后被光电探测器接收；凹面反射镜可以使光源的发散光变成平行光束，经准直透镜聚焦后以一定角度入射，经内壁的多次全反射后同样被光电探测器接收，从而有效提高光源利用率和光电检测效率。

锥形探头的小口径端用薄光学塑料密封，该光学塑料具有大的折射率和高透光率，大折射率可以保证光线在小口径端处不会发生全反射，高透光率可以减小光信号在小口径端能量损失，利于光信号的检测。

光电探测器与小口径端的薄光学塑料密封贴合，因此，在满足信号传输条件时，光电探测器将带有被测物质信息的光信号全部接收，该结构不仅可以提高光信号检测效率，同时可实现水质现场实时取样检测，测量结果更精确。

附图说明

图1为本发明专利中一种锥形光电耦合的水质现场取样检测探头中子午光线图。

图2为本发明专利中一种锥形光电耦合的水质现场取样检测探头的圆锥形和方锥形俯视图。

图3为本发明专利中一种锥形光电耦合的水质现场取样检测探头大口径端带有密封塞的局部放大图。

图4为本发明专利中一种锥形光电耦合的水质现场取样检测探头水质检测系统图。

具体实施方式

下面将结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

一种锥形光电耦合的水质现场取样检测探头整体系统如附图4所示，锥形探头由低折射率光学聚合物材料构成的外壳(1)、存储待测液体的空心锥形槽(2)和小口径端的薄密封层(3)组成，密封层(3)与对应尺寸光电探测器(8)完全贴合。锥形探头的大口径端与密封塞(4)结合，该密封塞(4)可以从大口径端取下，并且密封塞末端带有准直透镜(5)、LED光源(6)和凹面反射镜(7)，准直透镜(5)可以保证光源发出的光以平行光照射锥形探头，从而使一部分平行光直接通过锥形槽内水质被光电探测器接收，另一部分光在锥形内壁多次全反射后被光电探测器接收；LED光源(6)的发光谱线特征要与被测物质谱线特征相匹配；凹面反射镜(7)可以使光源的发散光变成平行光束，经准直透镜聚焦后以一定角度入射，经内壁的多次全反射后同样被光电探测器接收，从而有效提高光源利用率和光电检测效率。