一種基于復(fù)合光譜測量的在線水質(zhì)監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于復(fù)合光譜測量的在線水質(zhì)監(jiān)測裝置，包括激發(fā)單元、光譜采集單元與控制單元；所述激發(fā)單元包括復(fù)合光源、傳導(dǎo)光纖；所述光譜采集單元包括光學(xué)流通池、探測光纖、光譜采集模塊；所述控制單元包括計算機(jī)；復(fù)合光源為一個寬波長連續(xù)光源及6個不同波長的LED分立光源，在上位機(jī)計算機(jī)控制下發(fā)出所需的不同波長光；采用復(fù)合光源，可檢測吸光度、熒光及散射信號，同時測量多個水質(zhì)參數(shù)，實現(xiàn)全面、實時、快速、精確了解水質(zhì)各項參數(shù)變化情況。通過獲取的不同信號與水質(zhì)中成分之間的關(guān)系換算出待測樣品中跟參數(shù)的具體濃度，從而保證了測量精度的進(jìn)一步提高。
【專利說明】一種基于復(fù)合光譜測量的在線水質(zhì)監(jiān)測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型專利涉及檢測設(shè)備，具體說是一種水質(zhì)在線測量裝置。 技術(shù)背景
[0002] 伴隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)騰飛，生產(chǎn)力增加，我國的水體水質(zhì)環(huán)境也遭受 到了嚴(yán)重的破壞。在工業(yè)生產(chǎn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生和科學(xué)研究領(lǐng)域中，需要實時 掌握水體中的各項參數(shù)變化情況，以便進(jìn)行檢測和控制。傳統(tǒng)的化學(xué)方法依賴于化學(xué)反應(yīng)， 很難徹底擺脫復(fù)雜結(jié)構(gòu)、消耗試劑、易造成二次污染等固有不足，越來越難以滿足社會發(fā)展 的需要。然而光譜法不需要任何化學(xué)試劑，對水質(zhì)本身沒有影響，而且不需要對水樣進(jìn)行處 理，直接測量，檢測數(shù)據(jù)快，避免了繁瑣的步驟。目前光譜法測量水體水質(zhì)的儀器多采用單 光源或雙光源，測量參數(shù)比較單一。與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國的水體水質(zhì)環(huán)境探測、傳感 器技術(shù)總體也是落后的，缺乏價格合理、可分析參數(shù)全面、實時、快速、精確的自主知識產(chǎn)權(quán) 的傳感器分析儀器，這種局面嚴(yán)重制約了對水體水質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測與控制。 實用新型內(nèi)容
[0003] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用復(fù)合光源進(jìn)行水質(zhì)在線測量技術(shù)避免了上 述方面的缺點，可以同時測量多個水質(zhì)參數(shù)，實現(xiàn)全面、實時、快速、精確了解水質(zhì)各項參 數(shù)變化情況，提高環(huán)境部門對水質(zhì)各項參數(shù)的監(jiān)測技術(shù)水平，為有效預(yù)防水體污染提供有 力的技術(shù)支撐。
[0004] 本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述方面的缺點，實現(xiàn)全面、實 時、快速、精確測量水質(zhì)各項參數(shù)變化情況，提供一種基于吸光度技術(shù)、熒光技術(shù)和散射技 術(shù)，無需依賴于化學(xué)反應(yīng)，幾乎不用維護(hù)，且不易受到外界干擾，使用方面的水質(zhì)在線監(jiān)測 裝置。利用水體中污染物對光的吸收特性、熒光特性和散射特性，推導(dǎo)出水體中各項參數(shù)的 濃度。連續(xù)光源垂直射入待測樣品中，通過光譜采集模塊獲得樣品的吸光度；分立光源由6 個不同波長的LED光源組成，分立光源發(fā)射入射光進(jìn)入待測樣品中，在其光路垂直90°方 向獲取熒光及散射信號。通過獲取的不同信號與水質(zhì)中成分之間的關(guān)系換算出待測樣品中 跟參數(shù)的具體濃度。
[0005] 具體方案如下：
[0006] -種基于復(fù)合光譜測量的在線水質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于：包括激發(fā)單元、光譜采 集單元與控制單元；
[0007] 所述激發(fā)單元包括復(fù)合光源、傳導(dǎo)光纖；
[0008] 所述光譜采集單元包括光學(xué)流通池、探測光纖、光譜采集模塊；
[0009] 所述控制單元包括計算機(jī)；
[0010] 其中：
[0011] 計算機(jī)為上位機(jī)，用于光譜數(shù)據(jù)的采集處理顯示存儲及對整個系統(tǒng)的控制；
[0012] 復(fù)合光源為一個寬波長連續(xù)光源及6個不同波長的LED分立光源，在上位機(jī)計算 機(jī)控制下發(fā)出所需的不同波長光，寬波長連續(xù)光通過傳導(dǎo)光纖傳輸?shù)焦鈱W(xué)流通池，6個不同 波長的LED分立光無需經(jīng)過傳導(dǎo)光纖直接進(jìn)入光學(xué)流通池；
[0013] 光學(xué)流通池中由LED光源直接發(fā)射的光及由傳導(dǎo)光纖傳導(dǎo)來的寬波長連續(xù)光用 來激發(fā)水體中物質(zhì)獲得吸收光、熒光及散射光，吸收光、熒光及散射光進(jìn)入到探測光纖，完 成對吸收光、熒光及散射光信號的快速采集，經(jīng)過探測光纖傳輸至光譜采集模塊；
[0014] 光譜采集模塊用來將吸收光、熒光及散射光信號快速采集。
[0015] 所述光學(xué)流通池包括基體、入水口、準(zhǔn)直透鏡、傳導(dǎo)光纖接頭、LED接頭、聚焦透鏡、 探測光纖接頭、出水口、石英光窗；所述傳導(dǎo)光纖接頭設(shè)置在基體頂部，所述探測光纖接頭 設(shè)置在基體底部，在基體側(cè)面上半部分和下半部分分別設(shè)置入水口和出水口，所述準(zhǔn)直透 鏡設(shè)置在傳導(dǎo)光纖接頭內(nèi)部，在探測光纖接頭上部設(shè)置聚焦透鏡，在除去入水口和出水口 面的基體側(cè)面下半部分設(shè)置LED接頭，分別在傳導(dǎo)光纖接頭、探測光纖接頭和LED接頭靠近 基體的前端設(shè)置石英光窗。
[0016] 所述復(fù)合光源1的寬波長光源的波長范圍為185?llOOnm，6個不同波長的LED 光源的中心波長分別為 260nm、285nm、315nm、375nm、341nm 和 405nm。
[0017] 所述光譜采集模塊采集的波長范圍滿足200?llOOnm。
[0018] 本實用新型的優(yōu)點是：
[0019] 1、采用光譜法不需要任何化學(xué)試劑，對水質(zhì)本身沒有影響，而且不需要對水樣進(jìn) 行處理，直接測量，檢測數(shù)據(jù)快，避免了繁瑣的步驟。
[0020] 2、采用復(fù)合光源，可檢測吸光度、熒光及散射信號，同時測量多個水質(zhì)參數(shù)，實現(xiàn) 全面、實時、快速、精確了解水質(zhì)各項參數(shù)變化情況。通過獲取的不同信號與水質(zhì)中成分之 間的關(guān)系換算出待測樣品中跟參數(shù)的具體濃度，從而保證了測量精度的進(jìn)一步提高。
[0021] 3、可根據(jù)實際需要單獨選擇所需光源進(jìn)行單獨精確檢測，滿足多種環(huán)境監(jiān)測的需 要。
[0022] 本實用新型的多參數(shù)在線水質(zhì)監(jiān)測裝置，采用光譜法測量，可實現(xiàn)對水質(zhì)直接測 量、檢測速度快，避免繁瑣的步驟，同時不需要化學(xué)試劑，避免對水質(zhì)的二次污染。采用復(fù)合 光源作為光源，可獲取吸光度、熒光及散射信號，同時測量多個水質(zhì)參數(shù)，實現(xiàn)全面、實時、 快速、精確了解水質(zhì)各項參數(shù)變化情況。提高環(huán)境部門對水質(zhì)各項參數(shù)的監(jiān)測技術(shù)水平，為 有效預(yù)防水體污染提供有力的技術(shù)支撐。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0023] 圖1是本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2是光學(xué)流通池的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖3是光學(xué)流通池的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0026] 如圖1所示，包括激發(fā)單元、光譜采集單元與控制單元；
[0027] 所述激發(fā)單元包括復(fù)合光源1、傳導(dǎo)光纖2 ;
[0028] 所述光譜采集單元包括光學(xué)流通池3、探測光纖4、光譜采集模塊5 ;
[0029] 所述控制單元包括計算機(jī)6 ;
[0030]其中：
[0031] 計算機(jī)6為上位機(jī)，用于光譜數(shù)據(jù)的采集處理顯示存儲及對整個系統(tǒng)的控制；
[0032] 復(fù)合光源1為一個寬波長連續(xù)光源及6個不同波長的LED分立光源，在上位機(jī)計 算機(jī)6控制下發(fā)出所需的不同波長光，寬波長連續(xù)光通過傳導(dǎo)光纖2傳輸?shù)焦鈱W(xué)流通池3， 6個不同波長的LED分立光無需經(jīng)過傳導(dǎo)光纖2直接進(jìn)入光學(xué)流通池3 ;
[0033] 光學(xué)流通池3中由LED光源直接發(fā)射的光及由傳導(dǎo)光纖2傳導(dǎo)來的寬波長光用來 激發(fā)水體中物質(zhì)獲得吸收光、熒光及散射光，吸收光、熒光及散射光進(jìn)入到探測光纖4,完成 對吸收光、熒光及散射光信號的快速采集，經(jīng)過探測光纖4傳輸至光譜采集模塊5 ;
[0034] 光譜采集模塊5用來將吸收光、熒光及散射光信號快速采集，可采用Ocean Optics 公司 USB2000 型號。
[0035] 如圖2、3所示，光學(xué)流通池3包括基體400、入水口 401、準(zhǔn)直透鏡402、傳導(dǎo)光纖接 頭403、LED接頭404、聚焦透鏡405、探測光纖接頭406、出水口 407、石英光窗408 ;所述傳 導(dǎo)光纖接頭403設(shè)置在基體400頂部，所述探測光纖接頭406設(shè)置在基體400底部，在基體 400側(cè)面上半部分和下半部分分別設(shè)置入水口 401和出水口 407,所述準(zhǔn)直透鏡402設(shè)置在 傳導(dǎo)光纖接頭403內(nèi)部，在探測光纖接頭406上部設(shè)置聚焦透鏡405,在基體400側(cè)面下半 部分設(shè)置LED接頭404,分別在傳導(dǎo)光纖接頭403、探測光纖接頭406和LED接頭404靠近 基體400的前端設(shè)置石英光窗408。
[0036] 所述復(fù)合光源1的寬波長光源的波長范圍為185?llOOnm，可采用Heraeus公司 6/10S型號，6個不同波長的LED光源的中心波長分別為260nm、285nm、315nm、375nm、341nm 和 405nm。
[0037] 所述光譜采集模塊5采集的波長范圍滿足200?llOOnm。
[0038] 本實用新型原理是：連續(xù)光源垂直射入待測樣品中，待測樣品吸收垂直入射連續(xù) 光，當(dāng)入射光通過待測樣品后光強減弱變?yōu)镮。為樣品設(shè)置參比光1〇(相同光源通過同一光 程純凈水后的光強），根據(jù)朗伯比爾定律

【權(quán)利要求】
1. 一種基于復(fù)合光譜測量的在線水質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于：包括激發(fā)單元、光譜采 集單元與控制單元； 所述激發(fā)單元包括復(fù)合光源（1)、傳導(dǎo)光纖（2); 所述光譜采集單元包括光學(xué)流通池（3)、探測光纖（4)、光譜采集模塊（5); 所述控制單元包括計算機(jī)（6); 其中： 計算機(jī)（6)為上位機(jī)，用于光譜數(shù)據(jù)的采集處理顯示存儲及對整個系統(tǒng)的控制； 復(fù)合光源（1)為一個寬波長連續(xù)光源及6個不同波長的LED分立光源，在上位機(jī)計算 機(jī)（6)控制下發(fā)出所需的不同波長光，寬波長連續(xù)光通過傳導(dǎo)光纖（2)傳輸?shù)焦鈱W(xué)流通池 (3) ，6個不同波長的LED分立光無需經(jīng)過傳導(dǎo)光纖（2)直接進(jìn)入光學(xué)流通池（3); 光學(xué)流通池（3)中由LED光源直接發(fā)射的光及由傳導(dǎo)光纖（2)傳導(dǎo)來的寬波長連續(xù) 光用來激發(fā)水體中物質(zhì)獲得吸收光、熒光及散射光，吸收光、熒光及散射光進(jìn)入到探測光纖 (4) ，完成對吸收光、熒光及散射光信號的快速采集，經(jīng)過探測光纖（4)傳輸至光譜采集模 塊（5); 光譜采集模塊（5)用來將吸收光、熒光及散射光信號快速采集。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線水質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于：所述光學(xué)流通池（3)包括 基體（400)、入水口（401)、準(zhǔn)直透鏡（402)、傳導(dǎo)光纖接頭（403)、LED接頭（404)、聚焦透 鏡（405)、探測光纖接頭（406)、出水口（407)、石英光窗（408);所述傳導(dǎo)光纖接頭（403)設(shè) 置在基體（400)頂部，所述探測光纖接頭（406)設(shè)置在基體（400)底部，在基體（400)側(cè)面 上半部分和下半部分分別設(shè)置入水口（401)和出水口（407)，所述準(zhǔn)直透鏡（402)設(shè)置在 傳導(dǎo)光纖接頭（403)內(nèi)部，在探測光纖接頭（406)上部設(shè)置聚焦透鏡（405)，在除去入水口 (401)和出水口（407)面的基體（400)側(cè)面下半部分設(shè)置LED接頭（404)，分別在傳導(dǎo)光纖 接頭（403)、探測光纖接頭（406)和LED接頭（404)靠近基體（400)的前端設(shè)置石英光窗 (408)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線水質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于：復(fù)合光源（1)的寬波長連 續(xù)光源的波長范圍為185?llOOnm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線水質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于：復(fù)合光源（1)的6個不同 波長的LED光源的中心波長分別為260nm、285nm、315nm、375nm、341nm和405nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線水質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于：光譜采集模塊（5)采集的 波長范圍滿足200?llOOnm。
【文檔編號】G01N21/01GK204142624SQ201420528598
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】馮巍巍, 蔡宗岐, 馬正, 李丹, 陳令新 申請人:中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所, 煙臺東潤儀表有限公司