基于布里淵散射的水硬度監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種散射光譜學(xué)探測(cè)技術(shù)，特別涉及一種基于布里淵散射的水硬度監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水是一種優(yōu)良的溶劑，能有效去除污物雜質(zhì)，當(dāng)水和二氧化碳結(jié)合生成微量的碳酸時(shí)，水的溶解效果會(huì)更好。當(dāng)水流入土地和巖石時(shí)，會(huì)溶解少量的礦物質(zhì)成分，鈣和鎂就是其中最常見(jiàn)的兩種成分，也就是它們使水質(zhì)變硬。通常所講的“硬水”與“軟水”，主要是指碳酸鈣和碳酸鎂的含量，以“毫克碳酸鈣/公升水”或“ppm”來(lái)表示，稱為水硬度，實(shí)驗(yàn)時(shí)分別對(duì)水硬度的四個(gè)等級(jí)進(jìn)行探測(cè)，分別以50ppm的軟水、80ppm的稍硬水、150ppm的硬水、190ppm的極硬水為探測(cè)對(duì)象。水中的鈣和鎂成分越多，水的硬度就會(huì)越高。工業(yè)上如果不考慮水的硬度，可能會(huì)造成數(shù)千萬(wàn)元的損失，如果將未經(jīng)軟化處理的硬水直接注入鍋爐里，當(dāng)加熱鍋爐時(shí)，在鍋爐內(nèi)壁及管道中就會(huì)集成水垢，從而降低鍋爐的熱導(dǎo)率，增加能耗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起鍋爐爆炸和管道堵塞。因此工業(yè)上在用水之前必須對(duì)水硬度進(jìn)行硬度檢測(cè)。而傳統(tǒng)上一般采用指示劑滴定法對(duì)水硬度進(jìn)行檢測(cè)，此方法的弊端在于操作復(fù)雜、主觀性強(qiáng)及檢測(cè)抽樣的隨機(jī)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是避免傳統(tǒng)取樣指示劑滴定法的盲目性和檢測(cè)水域范圍小的局限性，提供一種基于布里淵散射的水硬度監(jiān)測(cè)方法，可對(duì)大范圍水域的硬度進(jìn)行預(yù)先監(jiān)測(cè)評(píng)估，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)超出硬度值的水域進(jìn)行軟化處理。
[0004]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的?；诓祭餃Y散射的水硬度監(jiān)測(cè)方法，包括數(shù)據(jù)儲(chǔ)備和水域監(jiān)測(cè)兩個(gè)階段:
所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)備階段，設(shè)置有不同硬度水的布里淵散射信號(hào)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備裝置，該裝置包括第一激光器、第一功率計(jì)、第二功率計(jì)和第一 ICXD，所述第一 ICXD與第一長(zhǎng)焦鏡頭對(duì)接，其特征在于，所述第一激光器、第一功率計(jì)、第二功率計(jì)和第一 ICCD均通過(guò)數(shù)據(jù)線連接第一計(jì)算機(jī)，第一激光器的入射口至第一功率計(jì)依次設(shè)置有第一分束鏡和玻璃槽，玻璃槽的軸線與激光光軸的夾角呈5° ;第一分束鏡的一側(cè)依次裝有第一狹縫、第一 F-P標(biāo)準(zhǔn)具、第一長(zhǎng)焦鏡頭及第一 IC⑶且在同一軸線上，第一分束鏡的另一側(cè)裝有第二功率計(jì)；
其探測(cè)步驟如下:
O打開(kāi)第一計(jì)算機(jī)并開(kāi)動(dòng)第一激光器和第一 IC⑶；
2)將50ppm的軟水加入到長(zhǎng)圓柱體玻璃槽內(nèi)，長(zhǎng)圓柱體玻璃槽的軸線與激光光軸呈5°角，第一激光器的激光經(jīng)第一分束鏡后一分為二，一束射向第二功率計(jì)，另一束透過(guò)第一分束鏡后射入長(zhǎng)圓柱體玻璃槽中50ppm的軟水內(nèi)，透過(guò)長(zhǎng)圓柱體玻璃槽的激光射向第一功率計(jì)；
3)第一功率計(jì)和第二功率計(jì)記錄此時(shí)的激光功率，入射激光在長(zhǎng)圓柱體玻璃槽內(nèi)50ppm的軟水內(nèi)激發(fā)后向布里淵散射信號(hào)，后向布里淵散射信號(hào)按原光路返回，經(jīng)第一分束鏡的反射后射向另一側(cè)；
4)經(jīng)第一分束鏡反射后的后向布里淵散射信號(hào)射向另一側(cè)，在另一側(cè)依次裝有第一狹縫、第一 F-P標(biāo)準(zhǔn)具、第一長(zhǎng)焦鏡頭和第一 ICXD，后向布里淵散射信號(hào)依次透過(guò)上述器件，第一 ICCD米集后向布里淵散射信號(hào)；
5)將80ppm的稍硬水加入長(zhǎng)圓柱體玻璃槽內(nèi)，重復(fù)步驟3)和步驟4)；
6)將150ppm的硬水加入長(zhǎng)圓柱體玻璃槽內(nèi)，重復(fù)步驟3)和步驟4)；
7)將190ppm的極硬水加入長(zhǎng)圓柱體玻璃槽內(nèi)，重復(fù)步驟3和步驟4)；
8)第一計(jì)算機(jī)對(duì)采集的后向布里淵散射信號(hào)和第一、第二功率計(jì)記錄的激光功率進(jìn)行分析處理，并儲(chǔ)備相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0005]所述水域監(jiān)測(cè)，是根據(jù)儲(chǔ)備的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行大范圍水域水硬度的監(jiān)測(cè)；設(shè)置有大范圍水域水硬度的監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括第二激光器和第二 ICXD，且第二激光器和第二ICCD均通過(guò)數(shù)據(jù)線與第二計(jì)算機(jī)連接，分束鏡一側(cè)依次共軸裝有第二狹縫、第二 F-P標(biāo)準(zhǔn)具、第二長(zhǎng)焦鏡頭及第二 ICCD，分束鏡的另一側(cè)裝有反射鏡，反射鏡的一側(cè)設(shè)置有工業(yè)水槽，工業(yè)水槽內(nèi)為大范圍水域；
其探測(cè)步驟如下:
O打開(kāi)第二計(jì)算機(jī)并開(kāi)動(dòng)第二激光器和第二 IC⑶；
2)第二激光器的激光透過(guò)第二分束鏡后經(jīng)反射鏡的反射，射向大范圍水域；
3)激光在大范圍水域傳播時(shí)激發(fā)出后向布里淵散射信號(hào)，后向布里淵散射信號(hào)按原光路返回，經(jīng)第二分束鏡的反射后與入射激光分離并射向第二分束鏡的另一側(cè)；
4)經(jīng)第二分束鏡反射的后向布里淵散射信號(hào)透過(guò)與其孔徑相同的第二狹縫，并透過(guò)第二 F-P標(biāo)準(zhǔn)具進(jìn)入第二長(zhǎng)焦透鏡；
5)第二ICXD采集進(jìn)入第二長(zhǎng)焦鏡頭的后向布里淵散射信號(hào)；
6)第二計(jì)算機(jī)分析采集的后向布里淵散射信號(hào)并與所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)備階段的布里淵散射信號(hào)數(shù)據(jù)比較，得出探測(cè)水域的硬度。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，可對(duì)大范圍水域的硬度進(jìn)行預(yù)先監(jiān)測(cè)評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了低成本、操作簡(jiǎn)單、實(shí)施性強(qiáng)及大范圍水域的檢測(cè)需要，為超出硬度值的水域進(jìn)行軟化處理提供了可靠依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本發(fā)明中不同硬度水的布里淵散射信號(hào)儲(chǔ)備裝置示意圖。
[0008]圖2為本發(fā)明中大范圍水域水硬度的監(jiān)測(cè)裝置示意圖。
[0009]圖中:1.第一激光器,2.第一分束鏡,3.長(zhǎng)圓柱體玻璃槽,4.第一功率計(jì)，5.第一狹縫，6.第一 F-P標(biāo)準(zhǔn)具，7.第一長(zhǎng)焦鏡頭，8.第一 I(XD，9.第二功率計(jì)，10.第一計(jì)算機(jī)；
01.第二激光器，02.第二分束鏡，03.反射鏡，04.工業(yè)水槽，05.第二狹縫，06.第二F-P標(biāo)準(zhǔn)具，07.第二長(zhǎng)焦鏡頭，08.第二 I(XD，09.大范圍水域，010.第二計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]現(xiàn)根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。參見(jiàn)圖1和圖2，基于布里淵散射的水硬度監(jiān)測(cè)方法，包括數(shù)據(jù)儲(chǔ)備和水域監(jiān)測(cè)兩個(gè)階段:
所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)備階段，設(shè)置有不同硬度水的布里淵散射信號(hào)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備裝置，參見(jiàn)圖1，該裝置包括第一激光器1、第一功率計(jì)4、第二功率計(jì)9和第一 ICXD 8，所述第一 ICXD 8與第一長(zhǎng)焦鏡頭7對(duì)接，所述第一激光器1、第一功率計(jì)4、第二功率計(jì)9和第一 ICXD 8均通過(guò)數(shù)據(jù)線連接第一計(jì)算機(jī)10，第一激光器I的入射口至第一功率計(jì)4依次設(shè)置有第一分束鏡2和玻璃槽3，玻璃槽3的軸線與激光光軸的夾角α呈5° ;第一分束鏡2的一側(cè)依次裝有第一狹縫5、第一 F-P標(biāo)準(zhǔn)具6、第一長(zhǎng)焦鏡頭7及第一 ICXD 8且在同一軸線上，第一分束鏡2的另一側(cè)裝有第二功率計(jì)9 ;第一激光器I的入射激光經(jīng)過(guò)第一分束鏡2后一分為二，一束直接透過(guò)第一分束鏡2射入長(zhǎng)圓柱體玻璃槽3內(nèi)并由第一功率計(jì)4記錄透過(guò)長(zhǎng)圓柱體玻璃槽3的激光功率，另一束經(jīng)第一分束鏡2的反射后由第二功率計(jì)9記錄激光的功率，激光在長(zhǎng)圓柱體玻璃槽3內(nèi)產(chǎn)生后向布里淵散射信號(hào)，后向布里淵散射信號(hào)按原光路返回，經(jīng)第一分束鏡2的反射后，射向另一側(cè)，另一側(cè)依次裝有第一狹縫5、第一 F-P標(biāo)準(zhǔn)具6、第一長(zhǎng)焦鏡頭7及第一 ICXD8，長(zhǎng)圓柱體玻璃槽的軸線與激光光軸的夾角α呈5°，第一計(jì)算機(jī)10通過(guò)數(shù)據(jù)線與第一功率計(jì)4、第二功率計(jì)9、第一激光器I和第一 ICXD8連接。
[0011]長(zhǎng)圓柱體玻璃槽3的軸線與激光光軸的夾角α呈5°，其目的是入射激光在射入長(zhǎng)圓柱體玻璃槽3時(shí)會(huì)有少許反射激光，采用小夾角的方式，使反射激光與后向布里淵散射信號(hào)光分離；
狹縫的目的是濾除雜散光和其它鏡面的反射光，保證只有后向布里淵散射信號(hào)光被接收。
[0012]不同硬度水的布里淵散射信號(hào)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備探測(cè)步驟如下:
O打開(kāi)第一計(jì)算機(jī)10并開(kāi)動(dòng)第一激光器I和第一 IC⑶8 ；
2)將50ppm的軟水加入到長(zhǎng)圓柱體玻璃槽3內(nèi)，長(zhǎng)圓柱體玻璃槽3的軸線與激光光軸呈5°角，第一激光器I的激光經(jīng)第一分束鏡2后一分為二，一束射向第二功率計(jì)9，另一束透過(guò)第一分束鏡2后射入