[發(fā)明專(zhuān)利]一種使用從液體運(yùn)動(dòng)收集的能量來(lái)檢測(cè)液體的小型裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680002362.1
• 申請(qǐng)日: 2016-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108885170B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張春;施岳文;吳兆楠
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 香港應(yīng)用科技研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/31
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/31
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

本發(fā)明提供一種用于測(cè)量液體例如含有有機(jī)污染物的水的吸收光譜的小型裝置。本裝置包括一個(gè)發(fā)光二極管(LED)陣列，每個(gè)LED發(fā)出的光都具有唯一光譜峰值。一個(gè)形狀為半個(gè)橢圓體的反射器，將發(fā)射光反射，以形成一個(gè)基準(zhǔn)光束。反射器有一個(gè)開(kāi)口，以允許部分發(fā)射光在穿過(guò)液體之后形成一個(gè)測(cè)量光束。兩個(gè)光電探測(cè)器分別測(cè)量基準(zhǔn)光束和測(cè)量光束以獲得一個(gè)基準(zhǔn)強(qiáng)度和一個(gè)測(cè)量強(qiáng)度。LED按順序一個(gè)接一個(gè)地發(fā)出一段時(shí)間的光輻射，形成多對(duì)基準(zhǔn)和測(cè)量強(qiáng)度用于估計(jì)吸收光譜。本裝置通過(guò)無(wú)線電力傳輸從一個(gè)分離的供電裝置接收能量。供電裝置收集流動(dòng)液體的動(dòng)能以產(chǎn)生電能。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明通常涉及液體的光學(xué)檢測(cè)，特別涉及一種測(cè)量液體吸收光的裝置，以及一種使用本裝置以測(cè)量液體吸收光譜的系統(tǒng)，其通過(guò)收集流動(dòng)液體的動(dòng)能，用以完全地或部分地對(duì)本裝置供電。

【背景技術(shù)】

飲用水的質(zhì)量，可以通過(guò)測(cè)量可能被有機(jī)污染物諸如甲苯污染的水樣的吸收光譜，來(lái)進(jìn)行評(píng)估。在本領(lǐng)域，已知紫外-可見(jiàn)(UV-vis)和近紅外(NIR)光譜方法可用于檢測(cè)這種有機(jī)污染物。

隨著對(duì)評(píng)估水質(zhì)的需求增加，人們都希望有一種小型測(cè)量裝置，可以同時(shí)地、連續(xù)地且方便地獲得并分析多個(gè)不同位置的水樣。此外，每個(gè)測(cè)量裝置最好能安裝在一個(gè)有限空間內(nèi)如水管，最好是輕便的和省電的，并有寬的光譜和動(dòng)態(tài)范圍。

在US6956648和WO2001/46676里，披露了一種小型的探測(cè)液體的裝置。從光源產(chǎn)生兩束光。一個(gè)光束作為測(cè)量光束穿過(guò)液體，而另一個(gè)光束作為基準(zhǔn)光束。一個(gè)光束選擇器用于選擇其中一個(gè)光束發(fā)送到光譜儀。由于光譜儀仍然比較大，即使光譜儀可以通過(guò)光導(dǎo)被遠(yuǎn)程連接到該裝置，操作時(shí)仍然不方便。雖然在US9291504里已經(jīng)研發(fā)出了小型光譜儀，但是，如果要將該光譜儀和光源集成在一個(gè)單元內(nèi)，并將該單元浸入沿著管道流動(dòng)的液體里運(yùn)行時(shí)，該光譜儀仍然被認(rèn)為太大。

需要有一種小型裝置，用于檢測(cè)一般液體特別是水，以獲取液體的吸收光譜。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明提供一種檢測(cè)預(yù)設(shè)液體的裝置，與另一種使用光譜儀的設(shè)計(jì)相比，好處是本裝置小型化，而且材料成本低。

檢測(cè)裝置包括一個(gè)檢測(cè)單元。檢測(cè)單元包括一個(gè)發(fā)光二極管(LED)陣列用于發(fā)射光。LED陣列包括多個(gè)LED。通常LED有以下特征。每個(gè)LED被設(shè)置以生成一個(gè)一段時(shí)間的光輻射，其發(fā)射光譜在峰值波長(zhǎng)處具有單主譜峰。LED的峰值波長(zhǎng)是不同的。檢測(cè)裝置還包括一個(gè)反射器，用于反射LED陣列發(fā)射的光。反射器還包括一個(gè)開(kāi)口，以允許一部分發(fā)射光穿過(guò)反射器，形成一個(gè)探測(cè)光束用于檢測(cè)液體。另外，反射器的形狀實(shí)質(zhì)上類(lèi)似于半個(gè)橢圓體，除開(kāi)口之外。橢圓體有第一焦點(diǎn)和第二焦點(diǎn)。LED陣列位于第一焦點(diǎn)上，使得照射到反射器上的發(fā)射光被反射到第二焦點(diǎn)，使得發(fā)射光在反射后被重聚焦在第二焦點(diǎn)上。第一光電檢測(cè)器(PD)，位于第二焦點(diǎn)上，用于測(cè)量重聚焦的發(fā)射光的光強(qiáng)度，從而產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)強(qiáng)度。探測(cè)光束穿過(guò)液體之后，第二PD用于測(cè)量接收的探測(cè)光束的光強(qiáng)度，從而產(chǎn)生一個(gè)測(cè)量強(qiáng)度。LED陣列和第一PD安裝在基板上。反射器位于基板上，使得在反射器和基板之間形成一個(gè)閉合空間。檢測(cè)單元還包括一個(gè)密封層，其通過(guò)向閉合空間填充一種不可滲透液體的實(shí)質(zhì)上透明的密封材料而形成，從而密封LED陣列和第一PD使之不受液體滲透。密封層被進(jìn)一步制成在開(kāi)口處有一個(gè)凸面。凸面的形狀被制成以折射照射在開(kāi)口上的發(fā)射光，從而以形成探測(cè)光束。另外，凸面的形狀使得當(dāng)本裝置浸入到液體里時(shí)探測(cè)光束被實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直。

檢測(cè)裝置還包括一個(gè)控制電路，用于控制至少LED、第一PD和第二PD。控制電路被設(shè)置以控制LED按順序一個(gè)接著一個(gè)地生成一段時(shí)間的光輻射，從而產(chǎn)生多對(duì)強(qiáng)度值，并為控制電路接收。每對(duì)強(qiáng)度值包括單個(gè)LED獨(dú)自產(chǎn)生發(fā)射光時(shí)獲得的測(cè)量強(qiáng)度和基準(zhǔn)強(qiáng)度。

另外，檢測(cè)裝置還包括一個(gè)溫度傳感器，用于測(cè)量LED陣列的溫度。溫度傳感器是通過(guò)控制電路進(jìn)行控制。