本實(shí)用新型專利涉及水體污染原位監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種雙光路水體石油烴類原位監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)環(huán)境污染日益嚴(yán)重。其中，水體中石油烴類物質(zhì)污染已經(jīng)十分突出。石油烴類污染物進(jìn)入水體后對(duì)水體環(huán)境、水生動(dòng)植物、甚至人類具有嚴(yán)重危害。目前對(duì)于水體中石油烴類物質(zhì)的傳統(tǒng)檢測(cè)方法主要有重量法、濁度法、紅外分光光度法、氣相色譜法、紫外分光光度法等。首先，傳統(tǒng)方法多以現(xiàn)場(chǎng)采樣、實(shí)驗(yàn)室分析為主，所取樣品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存等過(guò)程中低沸點(diǎn)的成份可能揮發(fā)或變質(zhì)，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性很難保證，不能實(shí)時(shí)、原位地反映出水污染的狀況；其次，大部分傳統(tǒng)方法需要萃取操作，處理步驟耗時(shí)較長(zhǎng)而無(wú)法滿足應(yīng)急監(jiān)測(cè)的快速測(cè)定要求，而萃取劑又造成了二次污染，萃取溶劑四氯化碳會(huì)破壞大氣中的臭氧層，而且直接對(duì)人體健康造成危害；再次，檢測(cè)方法中濁度法，紫外分光光度法，紅外分光光度法等都需要有代表性很好的標(biāo)準(zhǔn)石油污染物，而完全滿足各種不同污染的測(cè)量是十分困難的。最后，大部分傳統(tǒng)方法的測(cè)試儀器價(jià)格昂貴，運(yùn)行費(fèi)用高。

與上述方法相比紫外熒光法不需要任何化學(xué)試劑，對(duì)水質(zhì)本身沒有影響，而且不需要對(duì)水樣進(jìn)行處理，直接測(cè)量，檢測(cè)數(shù)據(jù)快，避免了繁瑣的步驟。因其具有簡(jiǎn)單、快速、實(shí)時(shí)分析、無(wú)需其他化學(xué)試劑、不存在二次污染等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述方面的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)水體石油烴類污染物的實(shí)時(shí)、在線測(cè)量，本實(shí)用新型提供一種基于熒光技術(shù)，無(wú)需化學(xué)試劑，幾乎不用維護(hù)，且不易受到外界干擾，性能優(yōu)異，使用方便的熒光法探頭式在線測(cè)量裝置。裝置主要由傳感器殼體、控制與信號(hào)處理單元、光源和信號(hào)采集單元四部分組成，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)、快速精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)水體石油烴類污染物濃度的目的。該裝置控制與信號(hào)處理模塊控制光源工作，光源發(fā)出紫外光，紫外光經(jīng)過(guò)二向色分光片一路少部分的光被反射后由光電二極管進(jìn)行檢測(cè)，作為光源能量變化的參考信號(hào)；另一路大部分光經(jīng)二向色分光片透射后經(jīng)透鏡聚焦于待測(cè)水樣產(chǎn)生熒光，熒光信號(hào)經(jīng)二向色分光片反射后由光電倍增管進(jìn)行檢測(cè)。最后光電倍增管和光電二極管采集的光信號(hào)經(jīng)控制與信號(hào)處理模塊處理后輸出。

本實(shí)用新型具體技術(shù)方案如下：

一種雙光路水體石油烴類原位監(jiān)測(cè)裝置，包括傳感器殼體、控制與信號(hào)處理單元、光源和信號(hào)采集單元。

所述傳感器殼體包括接頭、外殼、透鏡、石英光窗和清潔刷；

所述控制與信號(hào)處理單元包括控制與信號(hào)處理模塊、穩(wěn)壓模塊和電機(jī)；

所述信號(hào)采集單元包括光電探測(cè)器一、光電探測(cè)器二、二向色分光片和濾光片一及濾光片二；

采用超亮紫外LED燈作為激發(fā)光源，在激發(fā)光源前設(shè)置一個(gè)穩(wěn)壓模塊來(lái)提高LED燈的穩(wěn)定性；

控制與信號(hào)處理模塊控制穩(wěn)壓模塊為光源提供穩(wěn)定電壓信號(hào)使LED燈穩(wěn)定輸出激發(fā)光，激發(fā)光信號(hào)經(jīng)濾光片濾除雜散光到達(dá)二向色 分光片；二向色分光片將少部分的光信號(hào)反射后由光電探測(cè)器一進(jìn)行檢測(cè)，作為光源能量變化的參考信號(hào)；另外大部分的光經(jīng)二向色分光片透射再經(jīng)透鏡聚焦于待測(cè)水樣產(chǎn)生熒光，熒光信號(hào)經(jīng)二向色分光片反射后由光電探測(cè)器二進(jìn)行檢測(cè)；最后光電探測(cè)器二和光電探測(cè)器一采集的光信號(hào)經(jīng)控制與信號(hào)處理模塊處理后輸出。

所述超亮紫外LED燈中心波長(zhǎng)為365nm。

二向色分光片采用45°方向安裝，反射波長(zhǎng)420-600nm的光并透射波長(zhǎng)350-420nm的光。

所述透鏡和石英光窗組成的測(cè)量光窗安裝于傳感器側(cè)面，避免傳統(tǒng)傳感器光窗安裝于傳感器底部實(shí)際測(cè)量中易造成光窗的破損和污染問題。

所述控制與信號(hào)處理模塊定期控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)通過(guò)電機(jī)軸帶動(dòng)清潔刷14來(lái)回?cái)[動(dòng)，去除測(cè)量光窗上的污漬，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

所述光電探測(cè)器一采用光電二極管；所述光電探測(cè)器二采用光電倍增管，光譜范圍230-700nm。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：

1、在激發(fā)光源前設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓模塊來(lái)保證LED燈輸出穩(wěn)定的光信號(hào)，光源采用超亮LED燈作為激發(fā)光源，具有發(fā)光強(qiáng)度高，體積小，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

2、光路結(jié)構(gòu)采用雙光路結(jié)構(gòu)，為測(cè)量設(shè)置一個(gè)參考光路，可有效的避免光源波動(dòng)及光源衰減帶來(lái)的影響，提高了裝置的測(cè)量穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

3、測(cè)量光窗安裝于傳感器側(cè)面，避免傳統(tǒng)傳感器光窗安裝于傳感器底部造成光窗的破損和污染的影響。

4、為裝置設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)清洗裝置，定期清洗測(cè)量光窗降低光窗 污染減少測(cè)量誤差。

本實(shí)用新型的效果：

本實(shí)用新型的雙光路水體石油烴類原位監(jiān)測(cè)裝置，采用測(cè)量激發(fā)的熒光信號(hào)強(qiáng)度反演石油烴類污染物濃度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水體石油烴類污染物的直接測(cè)量、檢測(cè)速度快，避免繁瑣的步驟，同時(shí)不需要化學(xué)試劑，避免對(duì)水質(zhì)的二次污染。采用雙光路結(jié)構(gòu)，可有效的避免光源波動(dòng)及光源衰減帶來(lái)的影響，提高了裝置的測(cè)量穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、快速、精確了解水體石油烴類污染物變化情況。提高環(huán)境部門對(duì)水體石油烴類污染物監(jiān)測(cè)技術(shù)水平，為有效預(yù)防水體石油烴類污染提供有力的技術(shù)支撐。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中：1、接頭；2、外殼；3、控制與信號(hào)處理模塊；4、穩(wěn)壓模塊；5、LED；6、濾光片一；7、二向色分光片；8、光電探測(cè)器一；9、透鏡；10、石英光窗；11、濾光片二；12、光電探測(cè)器二；13、電機(jī)；14清潔刷。

圖2是本實(shí)用新型裝置測(cè)量光窗位置示意圖。

圖2中：1301、電機(jī)軸；14、清潔刷；10、石英光窗；清潔刷A位置；清潔刷B位置。

具體實(shí)施方式

圖1所示包括傳感器殼體、控制與信號(hào)處理單元、光源和信號(hào)采集單元。

所述傳感器殼體包括接頭1、外殼2、透鏡9、石英光窗10和清潔刷14；

所述控制與信號(hào)處理單元包括控制與信號(hào)處理模塊3、穩(wěn)壓模塊4 和電機(jī)13；

所述信號(hào)采集單元包括二向色分光片7、光電探測(cè)器8和12、濾光片6和11。

其中：

采用超亮紫外LED燈5作為激發(fā)光源，在激發(fā)光源前設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓模塊4來(lái)提高LED燈的穩(wěn)定性。

控制與信號(hào)處理模塊3控制穩(wěn)壓模塊4為光源提供穩(wěn)定電壓信號(hào)使LED燈5穩(wěn)定輸出激發(fā)光，激發(fā)光信號(hào)經(jīng)濾光片一6濾除雜散光到達(dá)二向色分光片7。二向色分光片7將少部分的光信號(hào)反射后由光電探測(cè)器一8進(jìn)行檢測(cè)，作為光源能量變化的參考信號(hào)；另外大部分的光經(jīng)二向色分光片7透射再經(jīng)透鏡9聚焦于待測(cè)水樣產(chǎn)生熒光，熒光信號(hào)經(jīng)二向色分光片7反射后由光電探測(cè)器二12進(jìn)行檢測(cè)。最后光電探測(cè)器一8和光電探測(cè)器二12采集的光信號(hào)經(jīng)控制與信號(hào)處理模塊3處理后由接頭1輸出。

所述透鏡9和石英光窗10組成的測(cè)量光窗安裝于傳感器側(cè)面，避免傳統(tǒng)傳感器光窗安裝于傳感器底部造成光窗的破損和污染的影響。

所述超亮紫外LED燈5中心波長(zhǎng)為365nm。

所述二向色分光片7采用45°方向安裝，反射波長(zhǎng)420-600nm的光并透射波長(zhǎng)350-420nm的光，使激發(fā)光經(jīng)二向色分光片7后垂直入射待測(cè)水樣，激發(fā)的熒光信號(hào)經(jīng)二向色分光片7反射后被光電探測(cè)器二12檢測(cè)。

所述光路結(jié)構(gòu)采用雙光路結(jié)構(gòu)測(cè)試，激發(fā)光源發(fā)出光信號(hào)到達(dá)二向色分光片7后分成兩部分，一部分經(jīng)二向色分光片7反射用于作為參考信號(hào)，另一部分經(jīng)二向色分光片7透射用于激發(fā)熒光信號(hào)。

所述光電探測(cè)器12采用高靈敏度光電倍增管，光譜范圍 230-700nm。

圖2所示包括電機(jī)軸1301、清潔刷14、石英光窗10、清潔刷A位置和清潔刷B位置。所述控制與信號(hào)處理模塊3定期控制電機(jī)13轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)13通過(guò)電機(jī)軸1301帶動(dòng)清潔刷14在清潔刷A位置和清潔刷B位置之間來(lái)回?cái)[動(dòng)，去除石英光窗10上的污漬。

控制與信號(hào)處理模塊、光電探測(cè)器均可采用市購(gòu)產(chǎn)品，如控制與信號(hào)處理模塊3可采用STM32系列單片機(jī)。

本實(shí)用新型原理是：石油烴類包含很多熒光物質(zhì)。其中占主導(dǎo)地位的是芳香族化合物和含有共軛雙鍵化合物，它們均具有π電子的不飽和結(jié)構(gòu)。由于這些結(jié)構(gòu)特性，當(dāng)石油烴類污染物在特定紫外光照射下會(huì)發(fā)出特性的熒光信號(hào)，在一定濃度范圍內(nèi)不同濃度的污染物與所發(fā)出的熒光信號(hào)呈線性關(guān)系，通過(guò)測(cè)量所激發(fā)的熒光信號(hào)可以反演出石油烴類污染物的濃度。