一种COD探头的制作方法

一种cod探头
技术领域
1.本实用新型涉及光学探头技术领域，特别是涉及一种cod探头。


背景技术：

2.化学需氧量chemical-oxygen-demand，简称cod，是指水中易被强氧化剂氧化的还原性物质所消耗的氧化剂的量结果折算成氧的含量，以mg/l计。它是表示水体中还原性物质的综合指标，水中还原性物质包括：有机物，亚硝酸盐，亚铁盐，硫化物等，水体中的有机物污染是很普遍的。因此cod成为有机物相对含量的指标之一，也是环保监测的一项重要指标。
3.配合参考光浊度校正的uv254nm吸收检测在水体有机物表征中已被广泛应用，例如，申请公布号为cn 107091832a的中国专利公开了了一种实际水中uv/h2o2降解典型有机物反应速率常数的测定方法，利用了紫外灯发出波长254nm深紫外光，测定实际水中uv
254
直接光降解过程中的表观一级反应动力学常数，该方案包括配套静态实验装置及标准实验流程，量化了实际水中nom、无机离子等对典型痕量有机物的降解速率影响，为uv/h2o2高级氧化工艺实际应用提供了理论支持和工艺参数设计依据。然而，大部分有机物吸收峰并不在254nm，甚至部分有机物对254nm波段完全无吸收，故该方案实际上只适用于成分相对单一且稳定的水体，在水体成分复杂多变的水环境中，单一的254nm标定方法往往会导致较大的cod检测误差。
4.申请公布号为cn 101769859 a的中国专利公开了一种应用于污水检测的便携式cod监测仪的探头，该探头包括反射探头筒和反射镜座；反射探头筒上设有上轴孔和下轴孔，反射探头筒的侧壁上设置有两个开口，两个开口对称设置分别连通下轴孔，并在反射探头筒的侧壁上设置弧形连接口，弧形连接口连接两个开口；反射镜座设置在下轴孔内，反射镜座与轴孔螺纹配合或者滑动配合，推杆固定设置在反射镜座的下端，反射镜座的上端设有载片孔，反射镜片设置在载片孔内；准直镜固定设置在上轴孔上，防水端子设置在准直镜的上端。该方案可以通过改变反射镜和准直镜之间的距离来改变水厚，进而改变量程，但是，该方案并没有介绍输出光的波长大小，也就是说，其仍旧采用的是现有技术中常用的254nm，该方案的装置并不能改变不同的波长大小。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种cod探头，以解决上述现有技术存在的问题，利用反射镜处于第一反射位和第二反射位来分别反射254nm深紫外光、278nm深紫外光和403nm近紫外光到出光口，在同一出光口发出不同波长的光，进而能够应用254nm深紫外光、278nm深紫外光和403nm近紫外光进行检测。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
7.本实用新型提供一种cod探头，包括反射镜、能够输出254nm深紫外光的单波长led光源以及能够输出278nm深紫外光和403nm近紫外光的双波长led光源，所述反射镜具有第
一反射位和第二反射位，所述第一反射位的所述反射镜用于将254nm深紫外光反射到出光口，所述第二反射位的所述反射镜用于将278nm深紫外光和403nm近紫外光反射到所述出光口。
8.优选地，所述单波长led光源和所述双波长led光源相对设置，所述反射镜设置在所述单波长led光源和所述双波长led光源的连接线上，所述出光口设置在所述单波长led光源和所述双波长led光源的中垂线上。
9.优选地，所述反射镜通过传动齿轮顺次连接传动轴和马达。
10.优选地，所述反射镜为深紫外凹面镜。
11.优选地，所述深紫外凹面镜f数为8。
12.优选地，所述出光口设置有非球面镜。
13.优选地，所述非球面镜固定于所述深紫外凹面镜焦点后方5mm处。
14.优选地，所述出光口正对方向设置有深紫外加强光电二极管，所述深紫外加强光电二极管与所述非球面镜之间距离为吸收池光程。
15.优选地，所述深紫外加强光电二极管与i/v转换放大模块信号连接。
16.优选地，所述i/v转换放大模块连接有通信控制组件。
17.本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
18.(1)本实用新型利用反射镜处于第一反射位和第二反射位来分别反射254nm深紫外光、278nm深紫外光和403nm近紫外光到出光口，在同一出光口发出不同波长的光，进而能够应用254nm深紫外光、278nm深紫外光和403nm近紫外光进行检测；
19.(2)本实用新型单波长led光源和双波长led光源相对设置，反射镜设置在单波长led光源和双波长led光源的连接线上，出光口设置在单波长led光源和双波长led光源的中垂线上，通过旋转反射镜能够使其处于第一反射位和第二反射位，进而能够将单波长led光源发射的光线和双波长led光源发射的光线传递到出光口；
20.(3)本实用新型将278nm深紫外光和403nm近紫外光集成在双波长led光源，并在相对位置设置有254nm深紫外光的单波长led光源，相比全光谱检测及其他多波段检测，光路结构更简单，涉及的光电二极管数量更少成本更低。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本实用新型cod探头的整体结构示意图；
23.其中，1、通信控制组件；2、双波长led驱动；3、双波长led光源；4、单波长led驱动；5、单波长led光源；6、反射镜；61、马达；62、传动轴；63、传动齿轮；7、非球面镜；8、深紫外加强光电二极管；9、i/v转换放大模块。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.本实用新型的目的是提供一种cod探头，以解决现有技术存在的问题，利用反射镜处于第一反射位和第二反射位来分别反射254nm深紫外光、278nm深紫外光和403nm近紫外光到出光口，在同一出光口发出不同波长的光，进而能够应用254nm深紫外光、278nm深紫外光和403nm近紫外光进行检测。
26.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
27.如图1所示，本实用新型提供一种cod探头，包括反射镜、能够输出254nm深紫外光的单波长led光源5以及能够输出278nm深紫外光和403nm近紫外光的双波长led光源3，其中单波长led光源5通过单波长led驱动4获得相应波长的光线，双波长led光源3通过双波长led驱动2获得相应波长的光线。单波长led光源5能够在同一个位置发出同一种波长的光线，双波长led光源3能够在同一个位置发出两种波长的光线，而为了使不同波长的光线均能够照射到出光口并由出光口射出，将反射镜设置的位置不唯一，即反射镜既能反射单波长led光源5的光线又能够反射双波长led光源3的光线。而根据单波长led光源5和双波长led光源3的设置位置，可以转换反射镜的位置使其到达第一反射位和第二反射位，第一反射位的反射镜用于将254nm深紫外光反射到出光口，第二反射位的反射镜用于将278nm深紫外光和403nm近紫外光反射到出光口。对于反射镜转换位置的方法，具体的，可以平移转换或转动转换，当采用前者方式时，单波长led光源5、双波长led光源3与出光口平行布置，反射镜呈45度夹角设置，通过横向移动反射镜的位置可以分别实现对单波长led光源5发射光线以及双波长led光源3发射光线的反射；当采用后者方式时，单波长led光源5与双波长led光源3可以相对设置，通过转换反射镜的角度为45度和135度分别实现对单波长led光源5发射光线以及双波长led光源3发射光线的反射。本实用新型利用反射镜处于第一反射位和第二反射位来分别反射254nm深紫外光、278nm深紫外光和403nm近紫外光到出光口，在同一出光口发出不同波长的光，进而能够应用254nm深紫外光、278nm深紫外光和403nm近紫外光进行检测。
28.再次参考图1所示，可以采用反射镜旋转的方式控制不同波长光线的反射，此时，单波长led光源5和双波长led光源3相对设置，反射镜设置在单波长led光源5和双波长led光源3的连接线上，出光口设置在单波长led光源5和双波长led光源3的中垂线上，反射镜连接有转动驱动装置，通过转动驱动装置驱动反射镜转换到第一反射位和第二反射位实现对不同光线的反射，并能够将光线反射到出光口，进行检测过程。
29.对于反射镜的转动驱动装置，可以在反射镜上设置有旋转轴，利用伸缩杆结构(一端铰接在壳体或支架上，另一端铰接在反射镜上)驱动反射镜沿旋转轴旋转进而实现不同角度的变化；或者，在反射镜上连接有传动齿轮63，通过传动齿轮63顺次连接传动轴62和马达61，马达61驱动传动轴62旋转，传动轴62通过锥齿轮等结构形式驱动传动齿轮63旋转，进而带动反射镜转动到不同的角度位置。需要说明的是，为了实现能够稳定且高效的确定反射镜的转动位置，可以设置有限位结构，使得反射镜转动到第一反射位或第二反射位后即停止转动。
30.反射镜可以为深紫外凹面镜6，单波长led光源5和双波长led光源3发射的光线不一定是平行光束，当为发散光束时，可以利用深紫外凹面镜6具有聚光的作用，通过合理设置出光口与深紫外凹面镜6焦点的相对位置可以实现将光线射出出光口的目的。
31.深紫外凹面镜6的f数为8，合理的f数值能够控制反射光线的能量大小，使得光线能够更好的通过出光口并进行检测应用。
32.出光口位置设置有非球面镜7，利用非球面镜7可以对反射镜反射的光线进行调整使其能够平行输出。
33.非球面镜7可以密封固定于深紫外凹面镜6焦点后方5mm处，以此能够确定深紫外凹面镜6与出光口的相对位置关系，并且，单波长led光源5及其单波长led驱动4、双波长led光源3及其双波长led驱动2、反射镜及其转动驱动装置以及通信控制组件1等结构均封装在壳体内部，以能够整体起到防尘防水的效果。
34.出光口正对方向设置有深紫外加强光电二极管8，深紫外加强光电二极管8与非球面镜7之间距离即为吸收池光程。
35.深紫外加强光电二极管8与i/v转换放大模块9信号连接，深紫外加强光电二极管8输出信号通过i/v转换放大模块9进行预处理。
36.i/v转换放大模块9连接有通信控制组件1，深紫外加强光电二极管8、i/v转换放大模块9与通信控制组件1封装在同一壳体内。通信控制组件1预置403nm参考波校正过的，以254nm、278nm吸光度为二元输入变量的cod浓度模型，将i/v转换放大模块9的电信号强度转为吸光度数值并通过该模型计算获得cod数值通过uart端口输出。
37.本实用新型还提供一种cod探头的标定方法，可以应用前文记载的cod探头：
38.探头初始置于空气介质中，通信控制组件1收到触发指令后，双波长led驱动2选择近紫外模式电源，双波长led光源3发出峰值403nm的近紫外光；
39.深紫外凹面镜6初始置于45
°
角，对双波长led光源3发出的403nm近紫外光进行偏折及初步光束整形，经非球面镜7进一步会聚整形由深紫外加强光电二极管8采集，获得的微电流由i/v转换放大模块9处理为电信号i
01
；
40.探头置于不同浊度的福尔马肼聚合物悬浊液中，依次记录i/v转换放大模块9处理获得的电信号i
11-i
61
，其中，福尔马肼聚合物悬浊液的浊度可以分别为40、100、160、240、320、400ntu；
41.根据吸光度计算公式分别代入计算得吸光度值a
11-a
61
，进一步，建立403nm近紫外光的浊度-吸光度线性回归模型；
42.探头置于空气介质中，双波长led驱动2切换深紫外模式电源，双波长led光源3发出峰值278nm的深紫外光，记录由深紫外加强光电二极管8采集，获得的微电流由i/v转换放大模块9处理为电信号i
02
；
43.探头置于不同浊度的福尔马肼聚合物悬浊液中，依次记录i/v转换放大模块9处理获得的电信号i
12-i
62
；
44.根据吸光度计算公式计算得吸光度值a
12-a
62
，进一步，建立278nm深紫外光的浊度-吸光度线性回归模型；
45.探头置于不同cod值的邻苯二甲酸氢钾溶液，依次记录i/v转换放大模块9处理获
得的电信号i’12-i’122
，其中，邻苯二甲酸氢钾溶液cod值可以分别为10、40、80、120、150、200、250、280、300、350、380、400mg/l；
46.根据吸光度计算公式分别代入计算得吸光度值a’12-a’122
；
47.探头置于空气介质中，单波长led光源5在单波长led驱动4工作后输出254nm深紫外光，同时马达61正向运转通过传动轴62及传动齿轮63使深紫外凹面镜6偏转为135
°
，经深紫外凹面镜6及非球面镜7的光束整形后由深紫外加强光电二极管8采集，获得的微电流由i/v转换放大模块9处理为电信号i
03
；
48.探头置于不同浊度的福尔马肼聚合物悬浊液中，依次记录i/v转换放大模块9处理获得的电信号i
13-i
63
；
49.根据吸光度计算公式计算得吸光度值a
13-a
123
，进一步，建立254nm深紫外光的浊度-吸光度线性回归模型；
50.探头置于不同cod值的邻苯二甲酸氢钾溶液，依次记录i/v转换放大模块9处理获得的电信号i’13-i’123
；
51.根据吸光度计算公式分别代入计算得吸光度值a’13-a’123
；
52.进一步，将吸光度值a’12-a’122
作为输入变量一的值，吸光度值a’13-a’123
作为输入变量二的值，cod值为输出变量，建立cod-278nm/254nm吸光度的二元变量pls线性回归模型。
53.本实用新型还提供一种cod探头的检测方法，可以应用前文记载的cod探头：
54.探头置于空气介质中，通信控制组件1收到触发指令后，双波长led驱动2选择近紫外模式电源，双波长led光源3发出峰值403nm的近紫外光；
55.深紫外凹面镜6初始置于45
°
角，对双波长led光源3发出的403nm近紫外光进行偏折及初步光束整形，经非球面镜7进一步会聚整形由深紫外加强光电二极管8采集，获得的微电流由i/v转换放大模块9处理为电信号i
01
；
56.双波长led驱动2切换深紫外模式电源，双波长led光源3发出峰值278nm的深紫外光，光电信号由深紫外加强光电二极管8采集，获得的微电流由i/v转换放大模块9处理为电信号i
02
；
57.单波长led光源5在单波长led驱动4工作后输出254nm深紫外光，同时马达61正向运转通过传动轴62及传动齿轮63使深紫外凹面镜6偏转为135
°
，经深紫外凹面镜6及非球面镜7的光束整形后由深紫外加强光电二极管8采集，获得的微电流由i/v转换放大模块9处理为电信号i
03
；
58.将探头置于待测水样中，重复置于空气介质时的步骤，记录深紫外加强光电二极管8采集的由i/v转换放大模块9处理获得的电信号i
11
、i
12
、i
13
；
59.根据吸光度计算公式分别代入空气中检测得到的电信号强度i
01
、i
02
、i
03
及待测水样中的电信号强度i
11
、i
12
、i
13
计算获得a1、a2、a3；
60.将a1代入预置的403nm近紫外光的浊度-吸光度单变量模型获得浊度；
61.将获得的浊度分别代入预置的278nm深紫外光的浊度-吸光度及254nm深紫外光的浊度-吸光度单变量线性模型的反函数获得278nm及254nm深紫外光的浊度吸光度a
22
、a
32
；
62.通过对初始吸光度a2、a3扣除a
22
、a
32
获得278nm及254nm深紫外光的cod吸光度a
21
、a31
；
63.将a
21
、a
31
代入预置的cod-278nm/254nm吸光度二元变量线性回归模型获得最终cod值。
64.本实用新型通过预置的cod-278nm/254nm吸光度二元变量模型将278nm深紫外光纳入建模参数中，使得cod探头对苯环、羰基、醛酮等官能团的检测更加灵敏，同时通过光路设计及参考光选择极大压缩了传感器物料成本。
65.本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。