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UVCOD传感器的技术原理是什么?

时间:2024-12-03     作者:杭州安澜传感科技有限公司【原创】   阅读

UVCOD传感器(紫外吸收法化学需氧量传感器)是一种基于光学原理的水质监测设备,通过检测水中有机物对特定紫外波长的吸收特性来间接量化COD值。其技术原理融合了光谱分析、物理补偿和智能算法,以下是核心要点解析:


 一、核心光学原理:朗伯-比尔定律与特征吸收

  1. 紫外吸收基础
    含有共轭双键或多环芳烃的有机物(如腐殖酸、芳香烃)在紫外光区(尤其254nm波长)具有强吸收峰。根据朗伯-比尔定律(Lambert-Beer Law),吸光度(A)与有机物浓度(C)及光程(L)成正比:
    A = ε·C·L
    其中ε为摩尔吸光系数。通过测量254nm波长紫外光的衰减程度,即可推算出水中有机物总量,表征为UVCOD值
    注:UVCOD反映的是“可紫外吸收有机物”而非全部有机物,需与化学法COD关联标定

  2. 双/多波长设计消除干扰

    • 信号波长(254nm):主检测通道,捕获有机物吸收信号

    • 参比波长(530nm/350nm/550nm等):用于补偿浊度、色度及悬浮物的散射干扰。因浊度颗粒对可见光(如546nm)有散射作用,但对有机物无吸收,通过差分计算可剔除其影响


⚙️二、测量系统设计

  1. 光源技术

    • 脉冲氙灯:寿命长(可达10年),瞬时光强高,覆盖紫外-可见光谱

    • 深紫外UV LED:新型冷光源,功耗低、零预热、寿命>3年,漂移小

  2. 光路与探测器

    • 光路分束:通过分光镜或滤光片分离目标波长

    • 高灵敏度光电二极管:分别检测信号光与参考光的透射强度

  3. 流通池设计

    • 短光程(2mm~6mm):适配高浓度污水(0~2000mg/L COD),避免光饱和

    • 抗堵塞结构:耐受活性污泥等高悬浮物场景,无需预过滤


🛡️ 三、干扰补偿与校准机制

  1. 动态浊度补偿
    利用参比波长实时计算浊度干扰系数,例如:
    COD真实值 = f(A₂₅₄ - k·A₅₄₆)
    其中k为浊度补偿因子

  2. 与化学法COD的关联标定
    UVCOD需通过实验室重铬酸钾法(CODCr)标定转换系数:

    • 采集实际水样,同步测定UV吸收值和CODCr值;

    • 建立回归方程:CODCr = α·UVCOD + β
      确保数据与传统标准可比性

  3. 温度与离子干扰修正

    • 内置温度传感器补偿热漂移(0~50℃工况)

    • 多波长组合(如365nm)补偿氯离子等干扰物吸收


四、技术创新:从单波长到阵列光谱

传统单波长法易受有机物种类差异影响(如标液准而实际水体偏差大)。新一代技术采用阵列光谱分析提升普适性:

  • 多波长检测:集成220nm、254nm、310nm等10余个紫外波段,覆盖不同有机物吸收峰

  • 物质浓度反演:基于吸光度加和性,联立方程组求解各类有机物浓度:
    ∑(εᵢⱼ·Cⱼ) = Aᵢ/d (i:波长,j:有机物类别)
    再结合COD转换系数生成高精度UVCOD值

 五、自清洁与智能化

  1. 防污设计

    • 机械清洁刷:定期刮除探头生物膜

    • 化学清洗:自动注入稀酸(如5%硫酸)溶解无机结垢

  2. 智能运维

    • 自动校准/调零,支持Modbus协议远程控制

    • 故障报警(如漏水、光源异常)


⚡️ 六、对比传统方法的优势

特性UV法传感器化学法(重铬酸钾)
测量速度10秒~5分钟2~4小时
二次污染无试剂,零污染含铬废液需处理
维护频率3~6个月(自清洁加持)每批次操作复杂
适用场景原位连续监测(河流、污水厂)实验室离线分析

💎 总结

UVCOD传感器的本质是将有机物浓度转化为可测量的光信号,通过双波长差分抗干扰化学法溯源标定自清洁维保三大支柱,实现COD的实时、绿色监测。未来随着阵列光谱深度学习校准的应用10,其精度与适应性将进一步提升,成为智慧水务的核心感知单元。


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