光學型水質傳感器的核心工作原理是 利用水體中目標物質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化為電信號,進而反推目標水質參數的濃度或含量。
其基本工作流程為:
傳感器內置光源發射固定波長的光線(常見紅外光、藍光、紫外光);
光線穿透或照射水樣時,與水中目標物質發生光學作用,導致光的強度、波長、相位或衰減時間發生改變;
光電探測器接收作用后的光信號,并將其轉化為可測量的電信號;
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參數對應的數值。
根據光學作用的差異,光學型水質傳感器主要分為以下三類,對應不同的監測指標:
原理:水中懸浮顆粒物會使入射光線發生散射(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。
典型設計: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,轉化的電信號就越大。
應用:自來水廠原水濁度監測、污水處理廠懸浮物濃度檢測。
吸收光型傳感器適用于監測
余氯、COD(化學需氧量)、氨氮、重金屬等參數。
原理:不同物質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,目標物質會吸收部分光線,光線的衰減程度與目標物質的濃度成正比。
典型設計: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,結合校準曲線,即可得出目標物質的濃度。
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。
熒光淬滅型傳感器最典型的是
熒光法溶解氧傳感器,相比傳統電化學溶解氧傳感器,穩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,當藍光照射熒光膜時,熒光物質被激發并釋放出紅光;水中的溶解氧會與熒光物質發生反應,抑制熒光的發射(即 “熒光淬滅"),溶解氧濃度越高,熒光的衰減時間越短。
典型設計:內置藍光光源和紅光探測器,通過精準測量熒光的衰減時間,與預設的校準曲線對比,計算出溶解氧的含量。
優勢:無需電解液、無消耗性電極,維護周期長,適用于復雜水體(如工業廢水、海水)的長期監測。