水下全角度濁度測量設(shè)備與測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種濁度測量設(shè)備及其數(shù)據(jù)處理方法，具體為水下全角度濁度測量儀 W及用于數(shù)據(jù)處理的加權(quán)比例算法，能快速、精確地測量水體濁度，尤其適用于濁度變化范 圍大的場合。
【背景技術(shù)】
[0002] 濁度是表征被測樣品對入射的光的散射和吸收特性的量。對于濁度的定量測量設(shè) 備與方法已廣泛應(yīng)用于飲用水處理、工業(yè)生產(chǎn)等各行各業(yè)。目前商用濁度計普遍參照國際 標準ISO:7027標準設(shè)計，即用860皿光源照射樣品并探測與入射光成90度方向上的散射 光，用該散射光強信號來衡量濁度。
[0003] 然而，由于90度散射光強與濁度的線型關(guān)系只在濁度較低時成立，因此對于超 過200NTU的高濁度樣品需要稀釋后測量，會在一定程度上改變原來樣品的性質(zhì)；對于超過 2000NTU的樣品由于90度方向散射光強太弱也無法精確測量。對于該種情況的已有解決辦 法是測量90度W外角度的光強，通過算法對不同角度光強信號的處理來建立與濁度的關(guān) 系。美國專利US005604590A公開的發(fā)明，采用四個光傳感器，分別布置在與入射光成30度 附近、90度附近、138度附近W及透射光方向上，通過對兩個或兩個W上角度光強信號的分 析處理來解決高濁度樣品的測量問題。但是該種方法仍有W下不足：增加了傳感器數(shù)目，需 要占用更多空間；該設(shè)備只能測量盛放于比色瓶中的樣品，不利于原位實時測量大范圍水 體的濁度；一次最多只能測到四個固定角度的光強信號，而對于變化范圍較大的樣品其散 射光強分布也有較大變化，因此固定的四個角度不足W表現(xiàn)其全部特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，克服已有設(shè)備的缺點，本發(fā)明提出一套水下全角度濁度高精 度測量設(shè)備W及用于數(shù)據(jù)處理的加權(quán)比例算法，能夠在大范圍水體中原位實時快速、精確 地測量水體濁度，尤其是應(yīng)對濁度在0至大于10000NTU的區(qū)間變化的大量程測量情況。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下；一種水下全角度濁度測量設(shè)備， 包括密封蓋、腔體、反光鏡環(huán)、光源、超聲波換能器、準直透鏡組、凸透鏡、支座、壓環(huán)、電路 板、電池和水密接插件；其中，所述密封蓋與腔體密封連接；所述密封蓋的中屯、具有圓柱形 凹槽，所述凹槽側(cè)壁透明，密封蓋的頂部與凹槽底部均涂有吸光材料涂層使其不透明；所述 凹槽的外側(cè)面套有反光鏡環(huán)，反光鏡環(huán)的上表面與密封蓋固定連接，反光鏡環(huán)內(nèi)壁為與軸 線方向成45度角的錐面；所述凹槽的底面外側(cè)固定連接超聲波換能器；所述水密接插件通 過螺紋固定連接在腔體底部，并與電路板相連接；
[0006] 所述反光鏡環(huán)的側(cè)壁開有一槽，光源和準直透鏡組置于該槽內(nèi)；準直透鏡組置于 光源前方，并與光源共軸，使得從準直透鏡組射出的平行光線垂直射入密封蓋的凹槽側(cè)壁； 所述腔體的內(nèi)側(cè)壁為=層階梯型結(jié)構(gòu)，從上到下依次設(shè)有支座、電路板和電池；所述支座的 外側(cè)壁與腔體螺紋連接，所述支座為二層階梯結(jié)構(gòu)，凸透鏡架設(shè)在支座的梯臺上，在凸透鏡 上設(shè)有壓環(huán)，所述壓環(huán)與支座的內(nèi)側(cè)壁螺紋連接，用于固定凸透鏡；所述腔體的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有 一貫穿腔體頂部和第二梯臺的通道，用于布置導線；
[0007] 所述電路板固定在腔體的第二梯臺上，包括光強探測陣列、電源控制模塊、數(shù)據(jù)處 理模塊和存儲模塊；所述光強探測陣列位于電路板的中屯、，凸透鏡匯聚的光圈落入光強探 測陣列上；所述光強探測陣列、電源控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、存儲模塊和超聲波換能器均 由電池供電，所述光源與電源控制模塊相連，所述光強探測陣列和存儲模塊均與數(shù)據(jù)處理 模塊相連；所述電源控制模塊對電池進行穩(wěn)流后，對光源供電；所述存儲模塊用于存儲數(shù) 據(jù)處理模塊接收和處理后的數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)處理模塊用于接收光強探測陣列采集到的數(shù) 據(jù)，通過得到的各個方向的光強信號求解濁度。
[000引進一步地，所述密封蓋與腔體密封連接，具體為：在腔體的上表面開有一環(huán)狀凹 槽，在環(huán)狀凹槽內(nèi)置有橡膠密封圈，在密封蓋的外邊緣處等距開有四個通孔，在腔體的相應(yīng) 位置開有通孔，螺栓穿過密封蓋的通孔和腔體的通孔將密封蓋與腔體密封連接。
[0009] 進一步地，所述數(shù)據(jù)處理模塊是W微處理器為核屯、的集成電路，與光強探測陣 列相連，用于處理探測到的光強值數(shù)據(jù)，具體為；將已知濁度標準溶液濁度值與測量得到 的多角度光強值帶入公式（1)得到Wa"，b。，b。為未知數(shù)的方程，通過聯(lián)立多個方程解出 a。，b。，b。，再將未知溶液測量得到的多角度光強值帶入公式（1)，即可解出濁度的估計值
[0010] (1)。
[0011] 一種利用上述水下全角度濁度測量設(shè)備測量濁度的方法，該方法包括W下步驟：
[0012] (1)將待測樣品置于密封蓋的凹槽內(nèi)，光源發(fā)出光經(jīng)過準直透鏡組準直后，垂直射 入凹槽的標準溶液中，入射光經(jīng)過標準溶液散射后到達反光鏡環(huán)的內(nèi)側(cè)壁，經(jīng)鏡面反射后 完全沿軸向射出；光線通過凸透鏡匯聚到光強探測陣列上，通過光強探測陣列記錄光強信 號；
[0013] (2)確定需要用到的光強信號個數(shù)：將光強探測陣列上收集到的光強按其所對應(yīng) 的散射光角度進行劃分，具體為；W5的整倍數(shù)角度0為中屯、，正負2.5度扇形環(huán)內(nèi)的光強 值相加作為0角度的散射光強值，依此將-2. 5°至162. 5°的范圍劃分為33等份，分別為 0° ,5°，10°，...，160°的散射光強，取用其中的P個角度光強值來計算濁度，角度的組 合共有巧;種，P為1到10的整數(shù)；
[0014] (3)取化+1種已知濁度值的標準溶液，測量每種溶液在不同角度光強值，按照步 驟似的方法確定P個角度的組合，依次將所有角度組合的光強代入公式（1)列出化+1個 方程，解出每種角度組合所對應(yīng)的a。，b。，b。；
[0015]
【主權(quán)項】
1. 一種水下全角度濁度測量設(shè)備，其特征在于，包括密封蓋（1)、腔體（6)、