專利名稱：一種水渾濁程度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種水渾濁程度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置，特別涉及一種利用光電轉(zhuǎn)換 手段監(jiān)測污水對(duì)可見光的透過率變化來實(shí)時(shí)測試和分析水質(zhì)狀況的檢測設(shè)備，屬于光電探 測技術(shù)及材料性能分析領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會(huì)大力提倡綠色生活，杜絕污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，使我們的地球家園更適合 人類居住和可持續(xù)發(fā)展。但由于一些不法企業(yè)將未經(jīng)處理的工業(yè)廢水排入江河，致使我們 的生活用水遭到嚴(yán)重污染，直接危害人類的健康和生命安全。為此，提供一種能夠?qū)λ|(zhì)污 染程度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測的系統(tǒng)十分必要。其中，水的渾濁程度的檢測是控制工業(yè)水處理 的一個(gè)重要內(nèi)容，也是一項(xiàng)檢測水質(zhì)污染程度的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。由于工業(yè)廢水中含有大量 的懸浮顆粒，這些顆粒會(huì)對(duì)光產(chǎn)生散射和吸收作用，使得原本無色透明的水產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象。 其渾濁的程度越高，表明光線通過污水時(shí)受到的阻礙程度越大，即通過污水后剩余的光強(qiáng) 度越小。也就是說當(dāng)污水的渾濁程度越高，它對(duì)于光線的透過率就越低。實(shí)際上，污水的渾 濁程度不僅與水中懸浮顆粒的含量有關(guān)，而且還與水中雜質(zhì)顆粒的成分、大小、形狀及其表 面的反射性能等因素有關(guān)，這些因素會(huì)導(dǎo)致水對(duì)光的透過率發(fā)生顯著變化。國際上把水渾 濁的程度稱為渾濁度。渾濁度的單位用“度”表示，定義1升的水中含有1毫克的SiO2(粒 度為200目)微粒時(shí)，所產(chǎn)生的渾濁程度稱為1度。而通用的渾濁度測量方法是采用散射 法，即利用儀器在與入射光成90度角的方向上測量污水散射光強(qiáng)度來表征水的渾濁度。散 射光越強(qiáng)表明水的渾濁度越高。這種采用散射光強(qiáng)表征污水渾濁度的方法忽略了水中雜質(zhì) 對(duì)光的吸收作用，而實(shí)際上污水對(duì)光的吸收和散射作用同樣重要，都是表征污水渾濁度的 重要物理參數(shù)。
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種水渾濁程度實(shí)時(shí) 在線監(jiān)測裝置，可同時(shí)考慮污水對(duì)光的吸收和散射作用，以期達(dá)到對(duì)水渾濁度的表征和測 試更加準(zhǔn)確和更具有科學(xué)性。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種水渾濁程度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置，其特征在于該裝置含有樣品池、裝有純凈水 的標(biāo)準(zhǔn)池、光路系統(tǒng)、水泵以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)；在所述的樣品池上設(shè)有進(jìn)水管 接口和出水管接口 ；所述的光路系統(tǒng)含有可見光源、分光鏡、全反射鏡、第一擴(kuò)束鏡、第二擴(kuò) 束鏡、第一聚焦凸透鏡、第二聚焦凸透鏡、第一光電探頭以及第二光電探頭；所述的分光鏡 將光源發(fā)出的光等分成一束反射光和一束透射光，其中反射光與入射光成90度角出射并 經(jīng)第一擴(kuò)束鏡后形成待測水平行光束，該待測水平行光束透過樣品池中的待測水體后，經(jīng) 第一聚焦凸透鏡會(huì)聚并進(jìn)入第一光電探頭，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成待測水的電信號(hào)后輸入到計(jì)算 機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)；所述的透射光則沿原光路方向入射到與入射光成45度夾角的全反射鏡上，經(jīng)全反射鏡反射后與入射光成90度角出射并經(jīng)第二擴(kuò)束鏡后形成純凈水平行 光束，該純凈水平行光束透過標(biāo)準(zhǔn)池中的純凈水后，經(jīng)第二聚焦凸透鏡會(huì)聚并進(jìn)入第二光 電探頭，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成純凈水的電信號(hào)后也輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)。上述技術(shù)方案中，所述的進(jìn)水管接口設(shè)置在樣品池下部，出水管接口設(shè)置在樣品 池上部；所述的水泵設(shè)置在進(jìn)水管或出水管上。本實(shí)用新型所述的第一擴(kuò)束鏡和第二擴(kuò)束鏡均采用倒置的望遠(yuǎn)鏡。所述的可見光 源采用發(fā)光二極管。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果①本實(shí)用新型提供的這種水渾濁程度 實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置對(duì)水的渾濁度的表征更具有科學(xué)性和準(zhǔn)確性，因?yàn)樘綔y污水對(duì)光的透過 率，既考慮了污水對(duì)光的吸收作用，也考慮了污水對(duì)光的散射作用。②本實(shí)用新型采用樣品 池和標(biāo)準(zhǔn)池兩路信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比分析方法，其優(yōu)越性在于可以避免光源不穩(wěn)定性對(duì)監(jiān)測 結(jié)果造成的誤差。同時(shí)設(shè)計(jì)樣品池的進(jìn)水管在下方，而出水管在上方，其優(yōu)點(diǎn)是在重力作用 下，只有當(dāng)樣品池中的水充滿樣品池后，多余的水才能從出水口排出，可以保證樣品池中的 光束全部通過需要監(jiān)測的待測水樣品，同時(shí)水中沉積的污物在重力作用下只會(huì)向下沉淀， 不會(huì)直接遮擋樣品池的端面光路，保證監(jiān)測結(jié)果的可靠性。本實(shí)用新型可以應(yīng)用于工業(yè)生 產(chǎn)過程中對(duì)排放污水的水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，也可以應(yīng)用于對(duì)飲用水水源取水口的水質(zhì)進(jìn)行 實(shí)時(shí)監(jiān)測等。
圖1為本實(shí)用新型提供的一種水渾濁程度實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖中1-光源；2-分光鏡(半反半透鏡)；3-全反射鏡；4a_第一擴(kuò)束鏡；4b_第二 擴(kuò)束鏡；5-進(jìn)水管接口 ；6-出水管接口 ；7-樣品池；8-標(biāo)準(zhǔn)池；9a-第一凸透鏡；9b_第二凸 透鏡；IOa-第一光電探頭；10-第二光電探頭；11-計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)；12-水泵。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)、實(shí)施方式、工作原理和工作過程做進(jìn)一 步的說明。圖1為本實(shí)用新型提供的一種水渾濁程度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖， 該水渾濁程度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置主要含有樣品池7、裝有純凈水的標(biāo)準(zhǔn)池8、光路系統(tǒng)、水 泵12以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)11 ；在所述的樣品池上設(shè)有進(jìn)水管接口 5和出水管 接口 6。光路系統(tǒng)含有可見光源1、分光鏡2、全反射鏡3、第一擴(kuò)束鏡如、第二擴(kuò)束鏡4b、第 一聚焦凸透鏡9a、第二聚焦凸透鏡％、第一光電探頭IOa以及第二光電探頭IOb ；所述的分 光鏡將光源發(fā)出的光等分成一束反射光和一束透射光，其中反射光與入射光成90度角出 射并經(jīng)第一擴(kuò)束鏡如后形成待測水平行光束，該待測水平行光束透過樣品池7中的待測水 體后，經(jīng)第一聚焦凸透鏡9a會(huì)聚并進(jìn)入第一光電探頭10a，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成待測水的電信 號(hào)后輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)11。而透射光則沿原光路方向入射到與入射光成 45度夾角的全反射鏡3上，經(jīng)全反射鏡反射后與入射光成90度角出射并經(jīng)第二擴(kuò)束鏡4b 后形成純凈水平行光束，該純凈水平行光束透過標(biāo)準(zhǔn)池8中的純凈水后，經(jīng)第二聚焦凸透 鏡％會(huì)聚并進(jìn)入第二光電探頭10b，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成純凈水的電信號(hào)后也輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)11。兩束平行光在分別透過樣品池7和標(biāo)準(zhǔn)池8中的水體后，其出射光 的能量會(huì)相應(yīng)受到不同程度的衰減，由計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)記 錄、比對(duì)和分析，便可以達(dá)到對(duì)污水渾濁程度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，進(jìn)水管接口 5設(shè)置在樣品池下方，出水管接口 6設(shè)置 在樣品池上方；所述水泵12可設(shè)置在進(jìn)水管或出水管上；整體光路放置于避光的密封盒子 內(nèi)?？梢姽庠?可采用發(fā)光二極管，其工作壽命長、且節(jié)能。第一擴(kuò)束鏡如和第二擴(kuò) 束鏡4b均采用倒置的望遠(yuǎn)鏡。第一光電探頭IOa以及第二光電探頭IOb可采用價(jià)格低廉 的光電池。該裝置的主要工作原理是通過監(jiān)測一定體積內(nèi)的水對(duì)可見光透過率的變化來實(shí) 現(xiàn)對(duì)水渾濁程度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，即水的渾濁程度越大，其對(duì)可見光的透過率越小。裝置工作之前，在標(biāo)準(zhǔn)池8中注入純凈水作為裝置定標(biāo)使用，定義光束通過標(biāo)準(zhǔn) 池8中的純凈水后的透過率為100%，然后開啟水泵12，用水泵抽取純凈水并注滿樣品池7， 校對(duì)兩路光強(qiáng)值相等，即消除零點(diǎn)偏差。再將含有不同濃度Si02(粒度為200目)微粒的 標(biāo)準(zhǔn)水樣依次注入樣品池7中，對(duì)裝置進(jìn)行二次定標(biāo)，以確定不同標(biāo)準(zhǔn)渾濁度的S^2微粒 溶液所對(duì)應(yīng)的光透過率數(shù)值。裝置工作時(shí)，利用水泵12自動(dòng)抽取待監(jiān)測水樣品并經(jīng)過進(jìn)水管口 5將其送入樣品 池7中。由于重力作用，只有當(dāng)樣品池7中的待測水充滿樣品池后，多余的水才能從出水管 口 6排出，保證樣品池7中的光束全部通過污水樣品，同時(shí)水中沉積的污物在重力作用下只 會(huì)向下沉淀，不會(huì)直接遮擋樣品池端面的光路，保證監(jiān)測結(jié)果的可靠性。經(jīng)過樣品池7的出 射光強(qiáng)度會(huì)因水的渾濁程度的影響而受到相應(yīng)的衰減，經(jīng)第一聚焦凸透鏡9a會(huì)聚并進(jìn)入 第一光電探頭10a，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成待測水的電信號(hào)后輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng) 11 ；最終，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)把采集的待測水光哀減后的電信號(hào)與經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)池中純 凈水光路的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)對(duì)比，便可以實(shí)時(shí)給出待測水的光透過率數(shù)值。利用之前所標(biāo)定的透 過率數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)渾濁程度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便可以達(dá)到對(duì)污水渾濁程度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測 的目的。本裝置之所以采用兩路信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比分析，其優(yōu)越性在于可以盡量避免光源 不穩(wěn)定性對(duì)監(jiān)測結(jié)果造成的誤差。權(quán)利要求1.一種水渾濁程度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置，其特征在于該裝置含有樣品池(7)、裝有純凈 水的標(biāo)準(zhǔn)池(8)、光路系統(tǒng)、水泵(1 以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)(11)；在所述的樣 品池上設(shè)有進(jìn)水管接口( 和出水管接口(6)；所述的光路系統(tǒng)含有可見光源(1)、分光鏡 O)、全反射鏡(3)、第一擴(kuò)束鏡( )、第二擴(kuò)束鏡(4b)、第一聚焦凸透鏡(9a)、第二聚焦凸 透鏡(％)、第一光電探頭(IOa)以及第二光電探頭(IOb)；所述的分光鏡將光源發(fā)出的光等 分成一束反射光和一束透射光，其中反射光與入射光成90度角出射并經(jīng)第一擴(kuò)束鏡Ga) 后形成待測水平行光束，該待測水平行光束透過樣品池(7)中的待測水體后，經(jīng)第一聚焦 凸透鏡(9a)會(huì)聚并進(jìn)入第一光電探頭(10a)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成待測水的電信號(hào)后輸入到計(jì) 算機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)(11)；所述的透射光則沿原光路方向入射到與入射光成45度夾 角的全反射鏡(3)上，經(jīng)全反射鏡反射后與入射光成90度角出射并經(jīng)第二擴(kuò)束鏡Gb)后 形成純凈水平行光束，該純凈水平行光束透過標(biāo)準(zhǔn)池(8)中的純凈水后，經(jīng)第二聚焦凸透 鏡(％)會(huì)聚并進(jìn)入第二光電探頭(10b)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成純凈水的電信號(hào)后電輸入到計(jì)算 機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)(11)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種水渾濁程度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述的進(jìn) 水管接口( 設(shè)置住樣品池下部，出水管接口(6)設(shè)置在樣品池上部；所述的水泵(12)設(shè) 置在進(jìn)水管或出水管上。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種水渾濁程度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述的第 一擴(kuò)束鏡Ga)和第二擴(kuò)束鏡Gb)均采用倒置的望遠(yuǎn)鏡。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種水渾濁程度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述的可 見光源采用發(fā)光二極管。
專利摘要一種水渾濁程度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測裝置，該裝置包含有樣品池、裝有純凈水的標(biāo)準(zhǔn)池、光路系統(tǒng)、水泵以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)。光路系統(tǒng)含有可見光源、分光鏡、全反射鏡、兩個(gè)擴(kuò)束鏡、兩個(gè)聚焦凸透鏡和兩個(gè)光電探頭，分別形成兩支路光。兩路光在分別透過樣品池和標(biāo)準(zhǔn)池中的水體后，由計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄、比對(duì)和分析，便可以達(dá)到對(duì)污水渾濁程度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。其主要原理是通過監(jiān)測一定體積內(nèi)的水對(duì)可見光透過率的變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)水渾濁程度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，即水的渾濁程度越大，其對(duì)可見光的透過率越小。本實(shí)用新型既考慮了污水對(duì)光的吸收作用，也考慮了污水對(duì)光的散射作用，因此對(duì)水的渾濁度的表征更具有科學(xué)性和準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01N21/59GK201837585SQ20102057494
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者孫玥, 張艷 申請(qǐng)人:孫玥, 張艷