[发明专利]一种使用从液体运动收集的能量来检测液体的小型装置

说明书

本发明提供一种用于测量液体例如含有有机污染物的水的吸收光谱的小型装置。本装置包括一个发光二极管(LED)阵列，每个LED发出的光都具有唯一光谱峰值。一个形状为半个椭圆体的反射器，将发射光反射，以形成一个基准光束。反射器有一个开口，以允许部分发射光在穿过液体之后形成一个测量光束。两个光电探测器分别测量基准光束和测量光束以获得一个基准强度和一个测量强度。LED按顺序一个接一个地发出一段时间的光辐射，形成多对基准和测量强度用于估计吸收光谱。本装置通过无线电力传输从一个分离的供电装置接收能量。供电装置收集流动液体的动能以产生电能。

【技术领域】

本发明通常涉及液体的光学检测，特别涉及一种测量液体吸收光的装置，以及一种使用本装置以测量液体吸收光谱的系统，其通过收集流动液体的动能，用以完全地或部分地对本装置供电。

【背景技术】

饮用水的质量，可以通过测量可能被有机污染物诸如甲苯污染的水样的吸收光谱，来进行评估。在本领域，已知紫外-可见(UV-vis)和近红外(NIR)光谱方法可用于检测这种有机污染物。

随着对评估水质的需求增加，人们都希望有一种小型测量装置，可以同时地、连续地且方便地获得并分析多个不同位置的水样。此外，每个测量装置最好能安装在一个有限空间内如水管，最好是轻便的和省电的，并有宽的光谱和动态范围。

在US6956648和WO2001/46676里，披露了一种小型的探测液体的装置。从光源产生两束光。一个光束作为测量光束穿过液体，而另一个光束作为基准光束。一个光束选择器用于选择其中一个光束发送到光谱仪。由于光谱仪仍然比较大，即使光谱仪可以通过光导被远程连接到该装置，操作时仍然不方便。虽然在US9291504里已经研发出了小型光谱仪，但是，如果要将该光谱仪和光源集成在一个单元内，并将该单元浸入沿着管道流动的液体里运行时，该光谱仪仍然被认为太大。

需要有一种小型装置，用于检测一般液体特别是水，以获取液体的吸收光谱。

【发明内容】

本发明提供一种检测预设液体的装置，与另一种使用光谱仪的设计相比，好处是本装置小型化，而且材料成本低。

检测装置包括一个检测单元。检测单元包括一个发光二极管(LED)阵列用于发射光。LED阵列包括多个LED。通常LED有以下特征。每个LED被设置以生成一个一段时间的光辐射，其发射光谱在峰值波长处具有单主谱峰。LED的峰值波长是不同的。检测装置还包括一个反射器，用于反射LED阵列发射的光。反射器还包括一个开口，以允许一部分发射光穿过反射器，形成一个探测光束用于检测液体。另外，反射器的形状实质上类似于半个椭圆体，除开口之外。椭圆体有第一焦点和第二焦点。LED阵列位于第一焦点上，使得照射到反射器上的发射光被反射到第二焦点，使得发射光在反射后被重聚焦在第二焦点上。第一光电检测器(PD)，位于第二焦点上，用于测量重聚焦的发射光的光强度，从而产生一个基准强度。探测光束穿过液体之后，第二PD用于测量接收的探测光束的光强度，从而产生一个测量强度。LED阵列和第一PD安装在基板上。反射器位于基板上，使得在反射器和基板之间形成一个闭合空间。检测单元还包括一个密封层，其通过向闭合空间填充一种不可渗透液体的实质上透明的密封材料而形成，从而密封LED阵列和第一PD使之不受液体渗透。密封层被进一步制成在开口处有一个凸面。凸面的形状被制成以折射照射在开口上的发射光，从而以形成探测光束。另外，凸面的形状使得当本装置浸入到液体里时探测光束被实质上准直。

检测装置还包括一个控制电路，用于控制至少LED、第一PD和第二PD。控制电路被设置以控制LED按顺序一个接着一个地生成一段时间的光辐射，从而产生多对强度值，并为控制电路接收。每对强度值包括单个LED独自产生发射光时获得的测量强度和基准强度。

另外，检测装置还包括一个温度传感器，用于测量LED阵列的温度。温度传感器是通过控制电路进行控制。