CN115078297A - 一种手持式水质检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持式水质检测装置，包括：手持式外壳，多个检测容器，检测容器与手持式外壳可拆卸连接，分别用于放置不同类型的待检测液体，检测容器中至少两个为比色皿；设置在比色皿外围的多个LED光源和与多个LED光源处于相对位置的光强检测模块，LED光源用于向比色皿发射红外光和紫外光，光强检测模块用于检测透过比色皿后未被吸收的红外光强和紫外光强；检测模块，包括化学需氧量检测单元、硬度检测单元、余氯检测单元、溶氧量检测单元、PH检测单元、微生物检测单元中任意一个或多个。该装置可以同时对多种类型的待测液体进行测量，可以根据水质类型选择对应的检测单元进行检测，提高了水质检测的效率。

Description

一种手持式水质检测装置

技术领域

本发明涉及水质检测分析技术领域，具体涉及一种手持式水质检测装置。

背景技术

目前水质检测在水资源保护中起到了重要的作用。便携式水质检测仪因携带方便、满足了人们野外及现场应急检测需求的特点，受到越来越多的青睐。基于比色法测量有色物质浓度的水质监测装置一般采用钨灯光源，只适用于可见光谱区和只能得到一定波长范围的复合光，而不是单色光束，现有的比色检测仪体积仍不能满足小巧便携的要求，使用场景受到限制。

由于水的用途不同，对于不同类型水的检测参数和指标不同。例如，饮用水和工业用水的检测标准是不同的，饮用水水质标准除了物理化学指标外还有微生物指标，工业用水则考虑是否影响产品质量或损害容器管道。对于不同用途的生活用水，人们对于水质的需求不同，例如人们对于洗碗机水质的需求高于对洗衣机水质的需求，对婴儿用水的需求高于对成人用水的需求等。现有的水质检测设备用途单一，往往只针对某一类水质的检测，如自来水水质检测仪、农田水水质检测仪、污水水质检测仪等，不能同时对多种类型的水进行检测，使用场景和应用方面受到限制。

因此，需要一种手持式水质检测设备，能够进一步减小设备体积，同时对不同类型的水质进行检测分析，并可根据实际需要对水质进行相应的检测，提高水质检测的准确性和效率，以解决以上现有技术中存在的问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种手持式水质检测装置。该手持式水质检测装置包括手持式外壳、多个检测容器LED光源、光强检测模块、颜色传感器、检测模块和数据处理模块。其中，检测容器与手持式外壳可拆卸连接，分别用于放置不同类型的待检测液体，检测容器中至少一个为比色皿，比色皿用于放置有色溶液；多个LED光源和光强检测模块设置在比色皿外围，光强检测模块和与多个LED光源处于相对位置，LED光源用于向比色皿发射红外光和紫外光，光强检测模块用于检测透过装有有色溶液的比色皿后未被吸收的红外光强和紫外光强；颜色传感器设置在比色皿底部，颜色传感器可以识别比色皿中有色溶液的颜色；检测模块用于对检测容器中的待检测溶液进行检测；数据处理模块与光强检测模块、颜色传感器和检测模块连接，用于根据光强检测模块、颜色传感器和检测模块的检测数据计算待测溶液中特定物质的含量，得到检测结果。

该装置能够提高基于比色法对水质检测的准确度，可同时对多种待检测液体进行水质检测，可以提高水质检测的效率和可靠性。

可选地，检测模块包括化学需氧量检测单元、硬度检测单元、余氯检测单元、溶氧量检测单元、PH检测单元、微生物检测单元中任意一个或多个。

可选地，光强检测模块包括光强传感器和检测电路，检测电路与光强传感器电连接，光强传感器可以将接收到的光照强度信号转换为电信号，检测电路用于对光强传感器输出的电信号放大和采样，得到检测数据。

可选地，手持式外壳上安装有显示屏、USB接口、无线通信模块，所述显示屏与所述数据处理模块连接，适于接收数据处理模块的检测结果并实时显示，所述无线通信模块与所述数据处理模块连接，适于接收数据处理模块的检测结果并发送给远程终端。

该装置可以实现实时检测，并实时显示检测结果，并且通过无线通信模块可实现远程检测。

可选地，装置还包括水质信息获取模块，用于获取待检测溶液的水质信息，水质信息包括水质类型、来源、用途等。

可选地，手持式外壳还包括控制模块，控制模块分别与检测模块和水质信息获取模块连接。控制模块可以根据水质信息获取模块获取的待检测液体的水质信息控制检测模块中相应的检测单元开启或关闭，或者根据检测需求控制相应的检测单元开启或关闭。

该装置可以根据待检测液体的水质信息选择相应的检测单元开启进行某一项指标的检测，提高了设备的自适应性和灵活性。

可选地，手持式外壳上还包括电源模块，电源模块可以为LED光源、光强检测模块、检测模块、颜色传感器、控制模块、数据处理模块、无线通信模块和显示屏等部件供电，并可通过USB接口充电，进一步增加了该装置的便携性。

可选地，检测模块还包括检测探头， 检测探头上设置有多种传感器，分别与对应的检测单元连接。这样可以使各个检测单元方便获取相应的传感器信号，进一步对传感器获取的信号进行分析处理。

可选地，检测探头设置为可旋转的搅拌体，用于对待检测液体进行搅拌，使得待检测液体混合均匀。这样可以提高检测的准确性，避免因为溶液混合不均匀造成的检测失误。

可选地，手持式外壳不透光，多个LED光源和比色皿之间设置有滤光片，这样可以消除干扰，提高比色法对有色溶液检测的准确性。

根据本发明的方案，通过采用两种波长的发射光源对待测溶液的吸光度进行检测，同时通过颜色传感器判断溶液对两种波长的吸收情况，可以提高光学比色法水质检测的准确性；通过对设置多个检测容器方便同时对多种待检测液体进行水质检测，可以提高水质检测的效率；并且通过设置多个检测单元可以提高水质检测的准确度，对于不同的水质类型或来源，可以选择相应的检测单元进行针对性检测，或者根据需求选择不同的检测单元，能够根据不同的检测指标对检测结果进行分析，检测结果实时显示且清晰易懂，不需要专业人士进一步分析，提高了该装置的可操作性，扩大了使用场景和使用范围。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的手持式水质检测装置100的俯视结构示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的手持式水质检测装置100的侧视示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的手持式水质检测装置100的内部结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

光电比色计通常由光源(钨灯)、滤光片、吸收池、接收器(光电池或光电管)、检流计五部分组成。与目视比色法相比，光电比色法消除了主观误差，提高了测量准确度，而且可以通过选择滤光片和参比溶液来消除干扰，从而提高了选择性。但是现有的光电比色计采用滤光片，只能得到一定波长范围的光谱带(复合光）；光电比色计只用一种钨灯光源，只适用于可见光谱区；光电比色计只能作定量分析。

此外，现有的水质检测装置功能单一或者使用场景受限，检测结果需要专业人士进行分析，检测周期较长，不利于手持式水质检测设备的普及。为解决上述现有技术中存在的问题，提出本发明的方案。

本发明的一个实施例提供了一种能够对光电比色计进行改进，进一步减小检测设备的体积，提高设备检测的准确性；能够对多种类型的水质进行检测的手持式水质检测装置，检测结果清晰易懂，不需要专业人士分析，检测效率高；能够根据需求选择不同的检测模式，在不同的检测模式下，能够根据不同的检测指标对检测结果进行分析。

图1示出了根据本发明的一个实施例的手持式水质检测装置100的结构示意图。如图1所示，手持式水质检测装置100可以包括手持式外壳110、第一检测容器121、第二检测容器122、第三检测容器123、第一LED光源131、第二LED光源132、第一光强检测模块141、第二光强检测模块142、检测模块150和数据处理模块160。颜色传感器位于各检测容器的底部，图中未示出。检测容器与手持式外壳可拆卸连接，分别用于放置不同类型的待检测液体。检测容器一般为试管，可以从手持式外壳上去取出，方便取样，取样前应该保持检测容器的干净无污染，以免影响检测结果。

为了通过比色法对水质进行检测，检测容器中至少一个为比色皿，如图1所示，检测容器中第二检测容器122和第三检测容器123为比色皿，比色皿中放置有色溶液，或者加入显色剂后生成的有色化合物的溶液。比色皿一般为长方体，其底及两侧为磨毛玻璃，另两面为光学玻璃制成的透光面，采用熔融一体、玻璃粉高温烧结和胶粘合而成。作为一种光学器皿在选择时不同的材质和厚度，比色皿的量程就不一样，可以根据实际需要选择对应规格的比色皿。有色物质溶液的颜色与其浓度有关，溶液的浓度越大，颜色越深。通过比较溶液颜色的深度，可以测定溶液的浓度。

多个LED光源和对应的多个光强检测模块，即第一LED光源131与第一光强检测模块141分别处于第二检测容器122的相对位置，第二LED光源132与第二光强检测模块142分别处于第三检测容器123的相对位置。沿比色皿径向方向可以设置多个不同发光波长的LED光源。针对现有基于比色法的检测设备检测准确度低，无法测定多个组分的问题，可以分别向比色皿发射红外光和紫外光，与LED光源处于相对位置的光强检测模块可以检测光源透过比色皿后未被吸收的红外光强和紫外光强。光强检测模块可以包括光强传感器和检测电路，检测电路与光强传感器电连接，检测电路可以检测光强传感器接收的光照强度信号。应当注意的是，由于光照强度传感器对于光线比较敏感，因此为测量精度考虑，手持式外壳应当不能透光。并且，多个LED光源和比色皿之间可以设置有滤光片。

其中，LED光源可以是红外发光二极管和紫外发光二极管。红外线发光二极管由红外辐射效率高的材料（常用砷化镓GaAs）制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830～950nm。紫外发光二极管可发出波长约400nm的近紫外光。多个LED光源可分为多组，每一组包含一个红外发光二极管和一个紫外发光二极管，每一组的发出两种波长的光源通过比色皿，由相应组的光强检测模块接收。LED光源还可以包括一定数量的可见光发光二极管。可以预先测量一系列标准溶液的吸光度，将吸光度对浓度作图，绘制工作曲线，然后根据待测组分溶液的吸光度在工作曲线上查得其浓度或含量。通过比色法可以利用有色物质对特定波长光的吸收特性来定量分析，溶液颜色深度与物质含量成正比，根据光被有色溶液吸收的强度，即可测定溶液中物质的含量。

为了进一步定量分析待测液体中的物质含量，手持式水质检测装置中包含检测模块150，该检测模块可以包含化学需氧量检测单元、硬度检测单元、余氯检测单元、溶氧量检测单元、PH检测单元、微生物检测单元中任意一个或多个。可以根据使用场景或待检测水质的来源选择不同的检测单元。在本发明的一个实施例中，该装置还可以包括水质信息获取模块，可以预先获取待检测溶液的水质信息。例如，可以获取待检测液体的来源、类型、用途等。手持式外壳还包括控制模块，控制模块与检测模块和水质信息获取模块连接，控制模块可以根据水质信息获取模块获取的待检测液体的水质信息控制检测模块中相应的检测单元开启或关闭，或者根据检测需求控制相应的检测单元开启或关闭。例如，当待检测液体为废水或可能受污染的水，控制模块可以控制化学需氧量检测单元开启，化学需氧量（COD）检测单元是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，但主要的是有机物。因此，化学需氧量COD又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。如果待检测液体为生活饮用水或自来水，则控制模块可以控制余氯检测单元、硬度检测单元和PH检测单元开启。我国饮用水卫生标准规定集中供水厂用水游离余氯含量不得低于0.3mg/L，管网末端水不得低于0.05mg/L。余氯检测单元可以利用极化电极和参比电极之间的稳定电位，不同的被测成分在该电位下产生不同的电流强度，通过采集和分析电流信号来计算余氯/二氧化氯的浓度。PH检测单元可以采用PH传感器来检测被测溶液中氢离子浓度并转换成相应的可用输出信号，获得准确的PH参数。水的总硬度是否达标是自来水的重要参考数据，主要描述钙离子（Ca2+）和镁离子（Mg2+）的含量。软水中钙、镁、铁等金属离子含量较少，8度以下是软水，8到14度是低硬度水，20到30度是高硬度水。硬度检测单元可以采用离子选择性电极对特定离子进行选择性响应，从而通过测定被测离子含量来确定水质的硬度。

图2示出了根据本发明一个实施例的手持式检测装置100的侧视示意图，如图2所示，手持式外壳上安装有显示屏170、USB接口180、无线通信模块190。数据处理模块160可以接收检测模块150和第一光强检测模块141和第二光强检测模块142的检测数据并在显示屏170上实时显示。数据处理模块160还可以通过无线通信模块190或USB接口180将检测数据发送给远程终端。其中数据处理模块可以根据检测数据生成浅显易通的检测报告，显示屏170可以为触摸屏，方便用户进行触控式操作，提高用户体验。例如，可以将不同类型的待检测液体根据不同的水质评判标准划分等级，或者当水质污染程度超标时会显示警示标志等。这样就不必再由专业人士进行分析，使普通用户也可以方便的使用，从而扩大水质检测设备的使用场景。

该装置还包括电源模块，电源模块可以为LED光源、LED光强检测模块、检测模块、控制模块、数据处理模块、无线通信模块和显示屏等供电，并可通过USB接口充电，这样可以进一步增加装置的便携性。

在本发明的一个实施例中，检测模块150还可以包括检测探头， 检测探头上设置有多种传感器，分别与对应的检测单元连接。由于传感器能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号，如电信号，不同的检测单元需要不同的传感器进行信号采集和转换。为了提高检测的精确度，检测探头可以设置为可旋转的搅拌体，可以对待检测液体进行搅拌，使得待检测液体混合均匀。可以通过旋转电机带动搅拌体旋转，也可以通过利用电磁感应原理使搅拌体旋转。

图3示出了根据本发明的一个实施例的手持式水质检测装置100的内部机构示意图。如图3所示，该装置100包括手持式外壳110、第一检测容器121、第二检测容器122、第三检测容器123、检测模块150、数据处理模块160、颜色传感器300、第二LED光源132、第二光强检测模块142。第二LED光源132上可以包括多个LED单元，沿检测容器的纵向排列。如图3所示第一LED单元310和第二LED单元320与第二光强检测模块142分别位于第三检测容器123外围的相对面。第一LED单元发出的波长与第二LED单元发出的波长可以不相等。需要说明的是，该装置的内部结构仅仅是示例性的，可以根据实际检测需要调整装置中的内部结构、分布和形状。

通过上述方案，可以基于比色法采用至少两种波长的LED光源对待测溶液进行检测，并且通过颜色传感器可以检测待测有色溶液颜色或显色反应后的颜色，可以进一步提高设备检测的精度；通过对设置多个检测容器方便同时对多种待检测液体进行水质检测，可以提高水质检测的效率；并且通过设置多个检测单元可以提高水质检测的准确度，对于不同的水质类型或来源，可以选择相应的检测单元进行针对性检测，或者根据需求选择不同的检测单元，能够根据不同的检测指标对检测结果进行分析，检测结果实时显示且清晰易懂，不需要专业人士进一步分析，提高了该装置的可操作性，扩大了使用场景和使用范围。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种手持式水质检测装置，包括手持式外壳和多个检测容器，所述检测容器与所述手持式外壳可拆卸连接，分别用于放置不同类型的待检测液体，所述检测容器中至少有一个为比色皿，所述比色皿用于放置有色溶液，其特征在于，所述装置还包括：

设置在所述比色皿外围的多个LED光源和与所述多个LED光源处于相对位置的光强检测模块，所述LED光源用于向所述比色皿发射红外光和紫外光，所述光强检测模块用于检测透过装有有色溶液的比色皿后未被吸收的红外光强和紫外光强；

设置在所述比色皿底部的颜色传感器，所述颜色传感器适于识别有色溶液的颜色；

检测模块，所述检测模块用于对检测容器中的待检测溶液进行检测；

数据处理模块，所述数据处理模块与所述光强检测模块、颜色传感器和检测模块连接，用于根据光强检测模块、颜色传感器和检测模块的检测数据计算待测溶液中特定物质的含量，得到检测结果。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述手持式外壳上安装有显示屏、USB接口、无线通信模块，所述显示屏与所述数据处理模块连接，适于接收数据处理模块的检测结果并实时显示，所述无线通信模块与所述数据处理模块连接，适于接收数据处理模块的检测结果并发送给远程终端。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测模块包括化学需氧量检测单元、硬度检测单元、余氯检测单元、溶氧量检测单元、PH检测单元、微生物检测单元中任意一个或多个。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括水质信息获取模块，用于获取待检测溶液的水质信息，所述水质信息包括水质类型、来源、用途。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述手持式外壳还包括控制模块，所述控制模块与所述检测模块和所述水质信息获取模块连接，所述控制模块根据所述水质信息获取模块获取的待检测液体的水质信息控制检测模块中相应的检测单元开启或关闭。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述手持式外壳上还包括电源模块，所述电源模块适于为LED光源、光强检测模块、检测模块、颜色传感器、控制模块、数据处理模块、无线通信模块和显示屏供电，并可通过所述USB接口充电。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述检测模块包括检测探头， 所述检测探头上设置有多种传感器，分别与对应的检测单元连接。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述检测探头设置为可旋转的搅拌体，用于对待检测液体进行搅拌，使得待检测液体混合均匀。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光强检测模块包括光强传感器和检测电路，所述检测电路与所述光强传感器电连接，所述光强传感器适于将接收到的光照强度信号转换为电信号，所述检测电路用于对所述光强传感器输出的电信号放大和采样，得到检测数据。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述手持式外壳不透光，所述多个LED光源和比色皿之间设置有滤光片。

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