一種基于復合光譜測量的在線水質監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于復合光譜測量的在線水質監(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)單元包括復合光源、傳導光纖；所述光譜采集單元包括光學流通池、探測光纖、光譜采集模塊；所述控制單元包括計算機；復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，在上位機計算機控制下發(fā)出所需的不同波長光；采用復合光源，可檢測吸光度、熒光及散射信號，同時測量多個水質參數(shù)，實現(xiàn)全面、實時、快速、精確了解水質各項參數(shù)變化情況。通過獲取的不同信號與水質中成分之間的關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一步提高。
【專利說明】一種基于復合光譜測量的在線水質監(jiān)測裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型專利涉及檢測設備，具體說是一種水質在線測量裝置。 技術背景
[0002] 伴隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，經(jīng)濟騰飛，生產(chǎn)力增加，我國的水體水質環(huán)境也遭受 到了嚴重的破壞。在工業(yè)生產(chǎn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生和科學研究領域中，需要實時 掌握水體中的各項參數(shù)變化情況，以便進行檢測和控制。傳統(tǒng)的化學方法依賴于化學反應， 很難徹底擺脫復雜結構、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試劑，對水質本身沒有影響，而且不需要對水樣進行處 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)達國家相比，我國的水體水質環(huán)境探測、傳感 器技術總體也是落后的，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 的傳感器分析儀器，這種局面嚴重制約了對水體水質環(huán)境的監(jiān)測與控制。 實用新型內(nèi)容
[0003] 為解決上述技術問題，本實用新型采用復合光源進行水質在線測量技術避免了上 述方面的缺點，可以同時測量多個水質參數(shù)，實現(xiàn)全面、實時、快速、精確了解水質各項參 數(shù)變化情況，提高環(huán)境部門對水質各項參數(shù)的監(jiān)測技術水平，為有效預防水體污染提供有 力的技術支撐。
[0004] 本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術中存在的上述方面的缺點，實現(xiàn)全面、實 時、快速、精確測量水質各項參數(shù)變化情況，提供一種基于吸光度技術、熒光技術和散射技 術，無需依賴于化學反應，幾乎不用維護，且不易受到外界干擾，使用方面的水質在線監(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中成分之間的關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] -種基于復合光譜測量的在線水質監(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)單元包括復合光源、傳導光纖；
[0008] 所述光譜采集單元包括光學流通池、探測光纖、光譜采集模塊；
[0009] 所述控制單元包括計算機；
[0010] 其中：
[0011] 計算機為上位機，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，在上位機計算 機控制下發(fā)出所需的不同波長光，寬波長連續(xù)光通過傳導光纖傳輸?shù)焦鈱W流通池，6個不同 波長的LED分立光無需經(jīng)過傳導光纖直接進入光學流通池；
[0013] 光學流通池中由LED光源直接發(fā)射的光及由傳導光纖傳導來的寬波長連續(xù)光用 來激發(fā)水體中物質獲得吸收光、熒光及散射光，吸收光、熒光及散射光進入到探測光纖，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] 所述光學流通池包括基體、入水口、準直透鏡、傳導光纖接頭、LED接頭、聚焦透鏡、 探測光纖接頭、出水口、石英光窗；所述傳導光纖接頭設置在基體頂部，所述探測光纖接頭 設置在基體底部，在基體側面上半部分和下半部分分別設置入水口和出水口，所述準直透 鏡設置在傳導光纖接頭內(nèi)部，在探測光纖接頭上部設置聚焦透鏡，在除去入水口和出水口 面的基體側面下半部分設置LED接頭，分別在傳導光纖接頭、探測光纖接頭和LED接頭靠近 基體的前端設置石英光窗。
[0016] 所述復合光源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試劑，對水質本身沒有影響，而且不需要對水樣進 行處理，直接測量，檢測數(shù)據(jù)快，避免了繁瑣的步驟。
[0020] 2、采用復合光源，可檢測吸光度、熒光及散射信號，同時測量多個水質參數(shù)，實現(xiàn) 全面、實時、快速、精確了解水質各項參數(shù)變化情況。通過獲取的不同信號與水質中成分之 間的關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一步提高。
[0021] 3、可根據(jù)實際需要單獨選擇所需光源進行單獨精確檢測，滿足多種環(huán)境監(jiān)測的需 要。
[0022] 本實用新型的多參數(shù)在線水質監(jiān)測裝置，采用光譜法測量，可實現(xiàn)對水質直接測 量、檢測速度快，避免繁瑣的步驟，同時不需要化學試劑，避免對水質的二次污染。采用復合 光源作為光源，可獲取吸光度、熒光及散射信號，同時測量多個水質參數(shù)，實現(xiàn)全面、實時、 快速、精確了解水質各項參數(shù)變化情況。提高環(huán)境部門對水質各項參數(shù)的監(jiān)測技術水平，為 有效預防水體污染提供有力的技術支撐。

【專利附圖】

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

【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)單元包括復合光源1、傳導光纖2 ;
[0028] 所述光譜采集單元包括光學流通池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6 ;
[0030]其中：
[0031] 計算機6為上位機，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，在上位機計 算機6控制下發(fā)出所需的不同波長光，寬波長連續(xù)光通過傳導光纖2傳輸?shù)焦鈱W流通池3， 6個不同波長的LED分立光無需經(jīng)過傳導光纖2直接進入光學流通池3 ;
[0033] 光學流通池3中由LED光源直接發(fā)射的光及由傳導光纖2傳導來的寬波長光用來 激發(fā)水體中物質獲得吸收光、熒光及散射光，吸收光、熒光及散射光進入到探測光纖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，光學流通池3包括基體400、入水口 401、準直透鏡402、傳導光纖接 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 導光纖接頭403設置在基體400頂部，所述探測光纖接頭406設置在基體400底部，在基體 400側面上半部分和下半部分分別設置入水口 401和出水口 407,所述準直透鏡402設置在 傳導光纖接頭403內(nèi)部，在探測光纖接頭406上部設置聚焦透鏡405,在基體400側面下半 部分設置LED接頭404,分別在傳導光纖接頭403、探測光纖接頭406和LED接頭404靠近 基體400的前端設置石英光窗408。
[0036] 所述復合光源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，當入射光通過待測樣品后光強減弱變?yōu)镮。為樣品設置參比光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

【權利要求】
1. 一種基于復合光譜測量的在線水質監(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)單元包括復合光源（1)、傳導光纖（2); 所述光譜采集單元包括光學流通池（3)、探測光纖（4)、光譜采集模塊（5); 所述控制單元包括計算機（6); 其中： 計算機（6)為上位機，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，在上位機計算 機（6)控制下發(fā)出所需的不同波長光，寬波長連續(xù)光通過傳導光纖（2)傳輸?shù)焦鈱W流通池 (3) ，6個不同波長的LED分立光無需經(jīng)過傳導光纖（2)直接進入光學流通池（3); 光學流通池（3)中由LED光源直接發(fā)射的光及由傳導光纖（2)傳導來的寬波長連續(xù) 光用來激發(fā)水體中物質獲得吸收光、熒光及散射光，吸收光、熒光及散射光進入到探測光纖 (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)權利要求1所述的在線水質監(jiān)測裝置，其特征在于：所述光學流通池（3)包括 基體（400)、入水口（401)、準直透鏡（402)、傳導光纖接頭（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);所述傳導光纖接頭（403)設 置在基體（400)頂部，所述探測光纖接頭（406)設置在基體（400)底部，在基體（400)側面 上半部分和下半部分分別設置入水口（401)和出水口（407)，所述準直透鏡（402)設置在 傳導光纖接頭（403)內(nèi)部，在探測光纖接頭（406)上部設置聚焦透鏡（405)，在除去入水口 (401)和出水口（407)面的基體（400)側面下半部分設置LED接頭（404)，分別在傳導光纖 接頭（403)、探測光纖接頭（406)和LED接頭（404)靠近基體（400)的前端設置石英光窗 (408)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的在線水質監(jiān)測裝置，其特征在于：復合光源（1)的寬波長連 續(xù)光源的波長范圍為185?llOOnm。
4. 根據(jù)權利要求1所述的在線水質監(jiān)測裝置，其特征在于：復合光源（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)權利要求1所述的在線水質監(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:中國科學院煙臺海岸帶研究所, 煙臺東潤儀表有限公司