基于八波长LED光源的硝酸盐传感器

本技术涉及硝酸盐传感器领域，更具体地说是基于八波长led光源的硝酸盐传感器。

背景技术：

1、硝酸盐（no3-）是导致水体富营养化的关键污染物之一，也是水质监测的核心指标。目前硝酸盐检测主要依赖于离子色谱法或分光光度法等实验室方法，这些方法虽然精度较高，但流程繁琐、耗时漫长，通常需要数小时才能完成，且涉及化学试剂消耗，如现行标准gb/t 35496-2017《化学试剂　硝酸盐测定通用方法》，难以满足现代水环境对排污口、河流断面、地下水等场景进行高频次、实时在线监测的需求。

2、当前，基于紫外吸收光谱法的波长检测技术，已成为检测水体中硝酸盐浓度的有效手段。其原理是通过分析水样在特定紫外波段（如220nm硝酸盐特征吸收峰及275nm、340nm等参考波长）的吸光度数据，利用算法补偿溶解性有机物（dom）和浊度等常见干扰，从而实现硝酸盐浓度的反演。

3、然而，实现该方法的现有检测设备在硬件结构上存在诸多局限，严重制约了其在实际复杂水样中的准确性和可靠性，具体表现为：

4、1）光路结构单一，抗干扰能力不足：许多现有装置采用单一光路或少量led，难以同步获取足够多波长的高质量光学信号。这使得算法补偿缺乏充分的数据基础，在面对成分多变的环境水样时，补偿效果有限，依然严重依赖繁琐的样品预处理。2）缺乏一体化设计，无法协同测量：硝酸盐检测易受水体温度、电导率等多种参数影响。传统设备多为功能模块的简单堆叠，未从结构上进行一体化设计，无法实现多参数（如紫外吸光度、电导率、温度）的高效同步测量与数据融合，限制了其最终检测精度的提升。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的现有检测设备在硬件结构上存在的缺陷，本实用新型提供了无需依赖样品预处理且检测精度高的基于八波长led光源的硝酸盐传感器。

2、本实用新型公开了基于八波长led光源的硝酸盐传感器，所述壳体内设置自下而上依次分布的光源腔、检测腔及控制腔；所述光源腔内设置可拆卸的复合封装光源板；所述复合封装光源板上设置四个相互并联的可见光led和四个相互并联的紫外led，形成复合封装光源；

3、所述检测腔内设置流通池和电导率测量电极，所述流通池与外部相连通，用于容纳待测环境水样；所述电导率测量电极具有一伸入所述流通池的流道内的探测端；

4、所述流通池的相对两侧内壁上，分别设置用于可见光检测的第一组光窗和用于紫外光检测的第二组光窗；其中，穿过所述第一组光窗形成的第一光轴和穿过所述第二组光窗形成的第二光轴均与流通池内流体的流动方向相垂直；

5、所述控制腔内设置光强探测组件和控制电路主板，所述光强探测组件包括

6、四个并联的可见探测光电二极管和四个并联的紫外探测光电二极管；所述可见探测光电二极管的光敏面正对第一组光窗，紫外探测光电二极管的光敏面正对第二组光窗，用于接收穿过流通池的光束；所述光强探测组件的信号输出端电气连接至所述控制电路主板；所述电导率测量电极的信号输出端电气连接至所述控制电路主板。

7、进一步地，所述壳体由第一模块、第二模块和第三模块沿轴向依次可拆卸地连接构成，其中，所述第一模块的内部形成所述光源腔，所述第二模块的内部形成所述检测腔，所述第三模块的内部形成所述控制腔；所述相邻模块的端部之间设置有螺纹连接结构。

8、进一步地，所述第一组光窗包括靠近光源腔一侧设置的可见光入射窗以及与其同轴对置的可见光接收窗；所述第二组光窗包括靠近光源腔一侧设置的紫外光入射窗以及与其同轴对置的紫外光接收窗。

9、进一步地，还包括电极安装窗口，用于供导电率测量电极的探测端穿过并伸入流通池的流道内；所述电极安装窗口与所述可见光入射窗和紫外光入射窗位于同一平面，共同形成第一三窗口结构；或与所述可见光接收窗和紫外光接收窗位于同一平面，共同形成第二三窗口结构。

10、进一步地，所述电导率测量电极采用四电极结构，电极材料为316不锈钢或钛合金。

11、进一步地，所述光源腔内还设有一基座，复合封装光源板可拆卸地固定于所述基座的上表面。

12、进一步地，所述壳体的顶端设有一通信接口，其与控制电路主板电气连接，所述通信接口为电力传输和数据通信的二合一接口。

13、进一步地，所述复合封装光源包括提供中心波长分别为235±5 nm、255±5 nm、275±5 nm、340±5 nm的紫外led和提供中心波长分别为450±5 nm、520±5 nm、660±5nm、760±5nm的可见光led。

14、进一步地，所述提供中心波长分别为255±5 nm、275±5 nm、340±5 nm的三个紫外led以提供中心波长为235 nm±5的紫外led为中心环绕设置。

15、进一步地，所述光源出射窗、光信号接收窗与流通池侧壁密封连接。

16、进一步地，还包括一温度传感元件，所述温度传感元件设置于光源腔内，与控制电路主板电气相连。

17、进一步地，还包括压力传感元件，所述压力传感元件设置于光源腔内复合封装光源的下方，分别与控制电路主板电气相连。

18、进一步地，还包括相互连接的清洁刷组件和驱动电机，所述清洁刷组件的活动部往复运动地设置于所述流通池的光入射窗和光接收窗处，所述驱动电机与控制电路主板电气相连。

19、本实用新型与现有技术相比实现了以下效果：

20、1、通过设置四个不同波长的紫外led和可见led，从结构上构建了完整的光学校正基础；该结构能够同步获取紫外吸收与近红外散射这两类独立的物理信号，从而通过现有方法对两种干扰源的修正，实现了在复杂环境水样中对硝酸盐浓度的直接、准确测量，彻底摆脱了对繁琐、耗时的样品预处理的依赖。

21、2、通过增加电导率测量电极判断待检测水样中的电导率值与硝酸盐浓度

22、的关系，初步识别硝酸盐浓度检测结果的确信度。

23、3、该传感器结构简单且轻便，仅需将传感器置于待检查水样中，即可实

24、现硝酸盐浓度连续检测，无需采样回实验室进行检测，大大提升了检测的便捷性。

25、4、通过将温度、压力等传感单元集成至硝酸盐传感器上，可以有效监测待测水样的环境，可以确保硝酸盐传感器的使用安全性；同时实现结构紧凑集成，便于规模化生产和统一校准，提升了产品的一致性和质量。

1.基于八波长led光源的硝酸盐传感器，其特征在于，包括壳体，所述壳体内设置自下而上依次分布的光源腔、检测腔及控制腔；所述光源腔内设置可拆卸的复合封装光源板；所述复合封装光源板上设置四个相互并联的可见光led和四个相互并联的紫外led，形成复合封装光源；

2.根据权利要求1所述基于八波长led光源的硝酸盐传感器，其特征在于，所述壳体由第一模块、第二模块和第三模块沿轴向依次可拆卸地连接构成，其中，所述第一模块的内部形成所述光源腔，所述第二模块的内部形成所述检测腔，所述第三模块的内部形成所述控制腔。

3.根据权利要求1或2所述基于八波长led光源的硝酸盐传感器，其特征在于，所述第一组光窗包括靠近光源腔一侧设置的可见光入射窗以及与其同轴对置的可见光接收窗；所述第二组光窗包括靠近光源腔一侧设置的紫外光入射窗以及与其同轴对置的紫外光接收窗。

4.根据权利要求3所述基于八波长led光源的硝酸盐传感器，其特征在于，还包括电极安装窗口，用于供导电率测量电极的探测端穿过并伸入流通池的流道内；所述电极安装窗口与所述可见光入射窗和紫外光入射窗位于同一平面，共同形成第一三窗口结构；或与所述可见光接收窗和紫外光接收窗位于同一平面，共同形成第二三窗口结构。

5.根据权利要求1所述基于八波长led光源的硝酸盐传感器，其特征在于， 所述复合封装光源包括提供中心波长分别为235±5 nm、255±5 nm、275±5 nm、340±5 nm的紫外led和提供中心波长分别为450±5 nm、520±5 nm、660±5 nm、760±5nm的可见光led。

6.根据权利要求5所述基于八波长led光源的硝酸盐传感器，其特征在于，所述提供中心波长分别为255±5 nm、275±5 nm、340±5 nm的三个紫外led以提供中心波长为235 nm±5的紫外led为中心环绕设置。

7.根据权利要求1所述基于八波长led光源的硝酸盐传感器，其特征在于，所述壳体的顶端设有一通信接口，其与控制电路主板电气连接，所述通信接口为电力传输和数据通信的二合一接口。

8.根据权利要求1所述基于八波长led光源的硝酸盐传感器，其特征在于，还包括一温度传感元件，所述温度传感元件设置于光源腔内，与控制电路主板电气相连。

9.根据权利要求1所述基于八波长led光源的硝酸盐传感器，其特征在于，还包括压力传感元件，所述压力传感元件设置于光源腔内复合封装光源的下方，与控制电路主板电气相连。

10.根据权利要求1所述基于八波长led光源的硝酸盐传感器，其特征在于，还包括相互连接的清洁刷组件和驱动电机，所述清洁刷组件的活动部往复运动地设置于所述流通池的光入射窗和光接收窗处，所述驱动电机与控制电路主板电气相连。