光學(xué)型水質(zhì)傳感器的工作原理是什么

更新時(shí)間：2025-12-20

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光學(xué)型水質(zhì)傳感器的核心工作原理是利用水體中目標(biāo)物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)光線的散射、吸收、熒光淬滅等光學(xué)特性，將光信號(hào)的變化量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，進(jìn)而反推目標(biāo)水質(zhì)參數(shù)的濃度或含量。

其基本工作流程為：

傳感器內(nèi)置光源發(fā)射固定波長(zhǎng)的光線（常見(jiàn)紅外光、藍(lán)光、紫外光）；
光線穿透或照射水樣時(shí)，與水中目標(biāo)物質(zhì)發(fā)生光學(xué)作用，導(dǎo)致光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、相位或衰減時(shí)間發(fā)生改變；
光電探測(cè)器接收作用后的光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電信號(hào)；
信號(hào)處理模塊對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、校準(zhǔn)、計(jì)算，最終輸出與目標(biāo)水質(zhì)參數(shù)對(duì)應(yīng)的數(shù)值。

根據(jù)光學(xué)作用的差異，光學(xué)型水質(zhì)傳感器主要分為以下三類，對(duì)應(yīng)不同的監(jiān)測(cè)指標(biāo)：

散射光型傳感器
適用于監(jiān)測(cè)濁度、懸浮物濃度等參數(shù)。

原理：水中懸浮顆粒物會(huì)使入射光線發(fā)生散射（即光線偏離原傳播方向），散射光的強(qiáng)度與顆粒物的濃度、粒徑呈正相關(guān)。
典型設(shè)計(jì)：采用 90° 散射光法，光源與光電探測(cè)器呈 90° 夾角布置。光源發(fā)射的平行光穿過(guò)水樣，探測(cè)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(qiáng)，轉(zhuǎn)化的電信號(hào)就越大。
應(yīng)用：自來(lái)水廠原水濁度監(jiān)測(cè)、污水處理廠懸浮物濃度檢測(cè)。

吸收光型傳感器
適用于監(jiān)測(cè)余氯、COD（化學(xué)需氧量）、氨氮、重金屬等參數(shù)。

原理：不同物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)的光線具有選擇性吸收特性（朗伯 - 比爾定律）—— 當(dāng)光線穿過(guò)水樣時(shí)，目標(biāo)物質(zhì)會(huì)吸收部分光線，光線的衰減程度與目標(biāo)物質(zhì)的濃度成正比。
典型設(shè)計(jì)：光源、水樣、光電探測(cè)器呈直線布置。探測(cè)器分別測(cè)量入射光強(qiáng)度和透射光強(qiáng)度，通過(guò)計(jì)算兩者的比值，結(jié)合校準(zhǔn)曲線，即可得出目標(biāo)物質(zhì)的濃度。
舉例：余氯傳感器選用特定波長(zhǎng)的紫外光，余氯分子會(huì)吸收該波長(zhǎng)的光線，余氯濃度越高，透射光強(qiáng)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(tǒng)電化學(xué)溶解氧傳感器，穩(wěn)定性和抗干擾能力更強(qiáng)。

原理：傳感器的熒光膜表面涂有熒光物質(zhì)，當(dāng)藍(lán)光照射熒光膜時(shí)，熒光物質(zhì)被激發(fā)并釋放出紅光；水中的溶解氧會(huì)與熒光物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，抑制熒光的發(fā)射（即 “熒光淬滅"），溶解氧濃度越高，熒光的衰減時(shí)間越短。
典型設(shè)計(jì)：內(nèi)置藍(lán)光光源和紅光探測(cè)器，通過(guò)精準(zhǔn)測(cè)量熒光的衰減時(shí)間，與預(yù)設(shè)的校準(zhǔn)曲線對(duì)比，計(jì)算出溶解氧的含量。
優(yōu)勢(shì)：無(wú)需電解液、無(wú)消耗性電極，維護(hù)周期長(zhǎng)，適用于復(fù)雜水體（如工業(yè)廢水、海水）的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。