光学型水质传感器的核心工作原理是 利用水体中目标物质对特定波长光线的散射、吸收、荧光淬灭等光学特性,将光信号的变化量转化为电信号,进而反推目标水质参数的浓度或含量。
其基本工作流程为:
传感器内置光源发射固定波长的光线(常见红外光、蓝光、紫外光);
光线穿透或照射水样时,与水中目标物质发生光学作用,导致光的强度、波长、相位或衰减时间发生改变;
光电探测器接收作用后的光信号,并将其转化为可测量的电信号;
信号处理模块对电信号进行放大、校准、计算,最终输出与目标水质参数对应的数值。
根据光学作用的差异,光学型水质传感器主要分为以下三类,对应不同的监测指标:
原理:水中悬浮颗粒物会使入射光线发生散射(即光线偏离原传播方向),散射光的强度与颗粒物的浓度、粒径呈正相关。
典型设计:采用 90° 散射光法,光源与光电探测器呈 90° 夹角布置。光源发射的平行光穿过水样,探测器只接收颗粒物散射的光线,避免直射光干扰。悬浮颗粒物越多,散射光越强,转化的电信号就越大。
应用:自来水厂原水浊度监测、污水处理厂悬浮物浓度检测。
吸收光型传感器适用于监测
余氯、COD(化学需氧量)、氨氮、重金属等参数。
原理:不同物质对特定波长的光线具有选择性吸收特性(朗伯 - 比尔定律)—— 当光线穿过水样时,目标物质会吸收部分光线,光线的衰减程度与目标物质的浓度成正比。
典型设计:光源、水样、光电探测器呈直线布置。探测器分别测量入射光强度和透射光强度,通过计算两者的比值,结合校准曲线,即可得出目标物质的浓度。
举例:余氯传感器选用特定波长的紫外光,余氯分子会吸收该波长的光线,余氯浓度越高,透射光强度越弱。
荧光淬灭型传感器最典型的是
荧光法溶解氧传感器,相比传统电化学溶解氧传感器,稳定性和抗干扰能力更强。
原理:传感器的荧光膜表面涂有荧光物质,当蓝光照射荧光膜时,荧光物质被激发并释放出红光;水中的溶解氧会与荧光物质发生反应,抑制荧光的发射(即 “荧光淬灭"),溶解氧浓度越高,荧光的衰减时间越短。
典型设计:内置蓝光光源和红光探测器,通过精准测量荧光的衰减时间,与预设的校准曲线对比,计算出溶解氧的含量。
优势:无需电解液、无消耗性电极,维护周期长,适用于复杂水体(如工业废水、海水)的长期监测。