Cảm biến oxy hòa tan quang học (ODO), còn được gọi là cảm biến dựa trên huỳnh quang, là một công nghệ hiện đại trái ngược với các phương pháp điện cực màng truyền thống (tế bào Clark). Đặc điểm cốt lõi của chúng là sử dụng hiện tượng dập tắt huỳnh quang để đo nồng độ oxy hòa tan trong nước.
Nguyên lý hoạt động:
Đầu cảm biến được phủ một lớp màng tẩm chất nhuộm huỳnh quang. Khi chất nhuộm này được kích thích bởi một bước sóng ánh sáng xanh lam cụ thể, nó sẽ phát ra ánh sáng đỏ. Nếu có các phân tử oxy trong nước, chúng sẽ va chạm với các phân tử chất nhuộm bị kích thích, làm giảm cường độ huỳnh quang và rút ngắn thời gian tồn tại của huỳnh quang. Bằng cách đo sự thay đổi về thời gian tồn tại hoặc cường độ huỳnh quang này, nồng độ oxy hòa tan có thể được tính toán chính xác.
Đặc điểm chính:
- Không tiêu thụ oxy, không cần chất điện giải:
- Đây là điểm khác biệt cơ bản nhất so với phương pháp điện cực màng. Cảm biến quang học không tiêu thụ oxy từ mẫu, cho kết quả chính xác hơn, đặc biệt là trong các vùng nước có lưu lượng thấp hoặc tĩnh lặng.
- Không cần thay thế chất điện giải hoặc màng lọc, giúp giảm đáng kể chi phí bảo trì.
- Ít tốn công bảo trì, độ ổn định cao:
- Không gặp vấn đề tắc nghẽn màng lọc, nhiễm độc điện cực hoặc ô nhiễm chất điện giải.
- Chu kỳ hiệu chuẩn dài, thường chỉ cần hiệu chuẩn vài tháng một lần hoặc thậm chí lâu hơn.
- Phản hồi nhanh và độ chính xác cao:
- Phản hồi rất nhanh với những thay đổi về oxy hòa tan, cho phép ghi nhận kịp thời những thay đổi động về chất lượng nước.
- Các phép đo không bị ảnh hưởng bởi vận tốc dòng chảy hoặc các chất gây nhiễu như sunfua, mang lại độ chính xác và độ ổn định vượt trội so với các phương pháp truyền thống.
- Độ lệch dài hạn tối thiểu:
- Các đặc tính của thuốc nhuộm huỳnh quang rất ổn định, dẫn đến sự thay đổi tín hiệu tối thiểu và đảm bảo độ tin cậy của phép đo trong thời gian dài.
- Dễ sử dụng:
- Thông thường là thiết bị cắm là chạy, không cần thời gian phân cực kéo dài sau khi khởi động; sẵn sàng cho việc đo lường ngay lập tức.
Nhược điểm:
- Chi phí ban đầu cao hơn: Thường đắt hơn so với các cảm biến điện cực màng truyền thống.
- Màng huỳnh quang có tuổi thọ hữu hạn: Mặc dù có tuổi thọ cao (thường từ 1-3 năm), màng cuối cùng sẽ bị phân hủy quang học hoặc bị bẩn và cần được thay thế.
- Nguy cơ bám bẩn do dầu và tảo: Lớp dầu hoặc sinh vật bám dày trên bề mặt cảm biến có thể cản trở quá trình kích thích và thu nhận ánh sáng, do đó cần phải làm sạch.
2. Các kịch bản ứng dụng
Nhờ những đặc tính ưu việt, cảm biến oxy hòa tan quang học được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đòi hỏi giám sát DO liên tục và chính xác:
- Nhà máy xử lý nước thải:
- Một ứng dụng quan trọng. Được sử dụng để theo dõi nồng độ oxy hòa tan (DO) trong bể sục khí và các khu vực hiếu khí/kỵ khí nhằm tối ưu hóa quá trình sục khí, cho phép kiểm soát chính xác để tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả xử lý.
- Giám sát các nguồn nước tự nhiên (sông, hồ, hồ chứa):
- Được sử dụng tại các trạm giám sát môi trường để đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước, tình trạng phú dưỡng và nguy cơ thiếu oxy, cung cấp dữ liệu cho công tác bảo vệ sinh thái.
- Nuôi trồng thủy sản:
- Oxy hòa tan (DO) là huyết mạch của ngành nuôi trồng thủy sản. Cảm biến quang học cho phép giám sát 24/7 trong ao và bể nuôi. Chúng có thể kích hoạt báo động và tự động bật máy sục khí khi nồng độ oxy giảm xuống quá thấp, ngăn ngừa hiện tượng cá chết hàng loạt và bảo vệ sản lượng.
- Nghiên cứu khoa học:
- Được sử dụng trong các cuộc khảo sát hải dương học, nghiên cứu thủy sinh học và các thí nghiệm độc học sinh thái, nơi cần dữ liệu DO có độ chính xác cao và ít nhiễu.
- Nước dùng trong quy trình công nghiệp:
- Trong các hệ thống như hệ thống làm mát nước của nhà máy điện và nhà máy hóa chất, việc giám sát DO giúp kiểm soát ăn mòn và bám bẩn sinh học.
3. Nghiên cứu trường hợp ứng dụng tại Philippines
Là một quốc đảo, nền kinh tế Philippines phụ thuộc rất nhiều vào nuôi trồng thủy sản và du lịch, đồng thời cũng đối mặt với thách thức ô nhiễm nguồn nước do đô thị hóa. Do đó, việc giám sát chất lượng nước, đặc biệt là nồng độ oxy hòa tan, là vô cùng quan trọng.
Nghiên cứu điển hình: Hệ thống giám sát DO thông minh và sục khí trong các khu nuôi trồng thủy sản tại Laguna de Bay
Lý lịch:
Hồ Laguna de Bay là hồ lớn nhất ở Philippines, với các khu vực xung quanh đóng vai trò quan trọng đối với nuôi trồng thủy sản, chủ yếu là cá rô phi và cá măng (cá thu). Tuy nhiên, hồ đang đối mặt với mối đe dọa từ hiện tượng phú dưỡng. Trong những tháng hè nóng bức, sự phân tầng nước có thể dẫn đến tình trạng thiếu oxy ở các tầng sâu hơn, thường gây ra hiện tượng cá chết hàng loạt, dẫn đến thiệt hại kinh tế đáng kể cho người nuôi cá.
Giải pháp ứng dụng:
Cục Thủy sản và Tài nguyên Thủy sinh (BFAR), phối hợp với chính quyền địa phương, đã thúc đẩy việc sử dụng hệ thống giám sát và kiểm soát chất lượng nước thông minh dựa trên cảm biến oxy hòa tan quang học tại các trang trại thương mại quy mô lớn và các khu vực trọng điểm của hồ.
Các thành phần hệ thống và quy trình làm việc:
- Các điểm giám sát: Phao đo chất lượng nước đa thông số được trang bị cảm biến DO quang học đã được triển khai tại nhiều điểm khác nhau trong ao cá (đặc biệt là ở những khu vực sâu hơn) và các vị trí quan trọng trong hồ. Các cảm biến này được lựa chọn vì:
- Ít cần bảo trì: Khả năng vận hành lâu dài mà không cần bảo trì rất lý tưởng cho những khu vực có đội ngũ kỹ thuật viên hạn chế.
- Khả năng chống nhiễu: Ít bị hỏng do bám bẩn trong môi trường nuôi trồng thủy sản giàu chất hữu cơ và đục.
- Dữ liệu thời gian thực: Có khả năng cung cấp dữ liệu mỗi phút, cho phép phát hiện nhanh chóng sự sụt giảm đột ngột nồng độ oxy hòa tan (DO).
- Truyền dữ liệu: Dữ liệu cảm biến được truyền theo thời gian thực thông qua mạng không dây (ví dụ: GPRS/4G hoặc LoRa) đến nền tảng đám mây và ứng dụng di động của nông dân.
- Hệ thống điều khiển thông minh và cảnh báo sớm:
- Phía nền tảng: Nền tảng đám mây được thiết lập với ngưỡng cảnh báo DO (ví dụ: dưới 3 mg/L).
- Phía người dùng: Nông dân nhận được cảnh báo bằng âm thanh/hình ảnh, tin nhắn SMS hoặc thông báo trên ứng dụng.
- Điều khiển tự động: Hệ thống có thể tự động kích hoạt các thiết bị sục khí cho đến khi nồng độ oxy hòa tan (DO) trở lại mức an toàn.
Kết quả:
- Giảm tỷ lệ cá chết: Hệ thống cảnh báo sớm và sục khí tự động đã ngăn chặn thành công nhiều vụ cá chết hàng loạt do nồng độ oxy hòa tan (DO) xuống thấp nghiêm trọng vào ban đêm hoặc sáng sớm.
- Nâng cao hiệu quả nuôi trồng: Người nuôi có thể quản lý việc cho ăn và sục khí một cách khoa học hơn, giảm chi phí điện năng (bằng cách tránh vận hành máy sục khí 24/7) và cải thiện tỷ lệ chuyển đổi thức ăn cũng như tốc độ tăng trưởng của cá.
- Dữ liệu phục vụ quản lý môi trường: Các trạm quan trắc trong hồ cung cấp cho BFAR dữ liệu DO không gian-thời gian dài hạn, giúp phân tích xu hướng phú dưỡng và xây dựng các chính sách quản lý hồ khoa học hơn.
Bản tóm tắt:
Tại các nước đang phát triển như Philippines, nơi nuôi trồng thủy sản đối mặt với nhiều rủi ro và cơ sở hạ tầng còn nhiều thách thức, cảm biến oxy hòa tan quang học đã chứng minh là công cụ công nghệ lý tưởng cho nuôi trồng thủy sản chính xác và quản lý môi trường thông minh nhờ độ bền cao, chi phí bảo trì thấp và độ tin cậy cao. Chúng không chỉ giúp người nuôi trồng giảm thiểu rủi ro và tăng thu nhập mà còn cung cấp dữ liệu hỗ trợ mạnh mẽ cho việc bảo vệ hệ sinh thái thủy sinh quý giá của Philippines.
Chúng tôi cũng có thể cung cấp nhiều giải pháp khác nhau cho
1. Máy đo cầm tay đa thông số chất lượng nước
2. Hệ thống phao nổi để đo chất lượng nước đa thông số
3. Bàn chải làm sạch tự động cho cảm biến nước đa thông số
4. Bộ máy chủ và mô-đun phần mềm không dây hoàn chỉnh, hỗ trợ RS485 GPRS /4G/WIFI/LORA/LORAWAN
Để biết thêm về CẢM BIẾN thông tin,
Vui lòng liên hệ Công ty TNHH Công nghệ Honde.
Email: info@hondetech.com
Trang web công ty:www.hondetechco.com
Điện thoại: +86-15210548582
Thời gian đăng bài: 30 tháng 10 năm 2025