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TECHNICAL ARTICLESUV 法 COD 在線監測儀器多部署于戶外(如河道、企業排污口),部分場景依賴太陽能供電,因此能耗優化是提升儀器適用性與經濟性的重要方向,核心設計策略如下:
核心部件低功耗選型
光源:優先選用254nm LED 光源,功耗僅為傳統氘燈的 1/10(LED 功耗約 50-100mW,氘燈約 5-10W),且壽命更長(10000-20000 小時 vs 2000-5000 小時),顯著降低長期能耗;同時,采用 “脈沖點亮" 模式,僅在測量時點亮光源(每次點亮時間<10 秒),非測量時段關閉,進一步減少能耗(如采樣間隔 10 分鐘,光源日均功耗可降至 0.1Wh 以下)。
檢測器:選用低功耗光電二極管(功耗<10mW)替代高功耗的光電倍增管(PMT,功耗>100mW),在滿足低濃度 COD(<100mg/L)監測需求的前提下,降低檢測單元能耗;針對高靈敏度需求場景,采用 “低功耗 PMT + 休眠模式",非測量時段使 PMT 進入休眠狀態,功耗降至 10mW 以下。
采樣泵:選用微型蠕動泵(功耗<1W)或隔膜泵(功耗<2W),替代傳統離心泵(功耗>10W);同時,優化采樣流程,僅在測量前啟動泵(采樣時間<30 秒),測量完成后立即停機,避免泵長時間空轉(如采樣間隔 10 分鐘,泵日均功耗可降至 0.5Wh)。
智能功耗管理策略
模式自適應切換:儀器內置 “市電模式" 與 “電池模式",自動根據供電方式切換功耗策略:
市電模式:全功能運行(如實時數據上傳、顯示屏常亮、高頻清洗),功耗約 5-10W;
電池模式(太陽能 / 蓄電池供電):自動進入低功耗模式,關閉非核心功能(如顯示屏背光、現場聲光報警),延長采樣間隔(從 5 分鐘調整為 30 分鐘),降低清洗頻率(從每日 1 次調整為每 2 日 1 次),功耗降至 1-2W,確保電池續航時間>72 小時(陰雨天氣)。
休眠與喚醒控制:非測量時段,儀器核心模塊(如 CPU、通訊模塊)進入休眠狀態,功耗降至<100mW;通過定時器(如每 30 分鐘喚醒 1 次)或外部觸發(如水樣流量變化)喚醒儀器,完成采樣、測量、數據上傳后再次休眠,最達化降低待機能耗。
節能型輔助功能設計
自清洗優化:采用 “按需清洗" 策略,通過濁度傳感器實時監測水樣濁度,當濁度<50NTU 時,延長清洗間隔(每 48 小時 1 次);當濁度>100NTU 時,縮短至每 12 小時 1 次,避免無效清洗消耗電能;同時,采用 “高壓短時間" 清洗模式(清洗時間<10 秒),減少清洗泵運行時間。
數據上傳優化:電池模式下,將實時數據上傳改為 “小時均值上傳",減少通訊模塊(4G/5G)啟動次數(通訊模塊啟動瞬間功耗較高,約 2-5W);同時,采用 “數據壓縮" 技術,將單次上傳數據量從 1KB 壓縮至 0.2KB,降低傳輸能耗。