新型在線水質(zhì)光譜分析儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型涉及光譜領(lǐng)域，尤其涉及一種新型在線水質(zhì)光譜分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，水作為人們生活的最重要資源，沒(méi)有水就生命就難以維繼，因此保護(hù)水的緊迫性其如同消滅霧霾一樣。對(duì)水的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)是對(duì)水的治理和保護(hù)中的重要一環(huán)，沒(méi)有檢測(cè)就不能對(duì)水樣進(jìn)行定性和定量，沒(méi)有監(jiān)測(cè)就不能對(duì)檢測(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)、持續(xù)地監(jiān)管和跟蹤，作為水質(zhì)監(jiān)測(cè)的一個(gè)發(fā)展方向，實(shí)時(shí)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將在水質(zhì)量管理中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。水質(zhì)檢測(cè)分析有多種，傳統(tǒng)方法有化學(xué)分析、色譜分析、電化學(xué)分析等分析方法。
[0003]傳統(tǒng)的靠多種傳感器進(jìn)行水質(zhì)成份檢測(cè)的方式，其每種成分對(duì)應(yīng)一種傳感器，多種成分對(duì)應(yīng)多種傳感器，該方式不僅成本高，而且設(shè)備體積也比較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種新型在線水質(zhì)光譜分析儀，解決現(xiàn)有技術(shù)中成本高且設(shè)備體積較大的問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型提供了一種新型在線水質(zhì)光譜分析儀，包括光路單元和電子單元，所述光路單元與所述電子單元進(jìn)行連接;所述光路單元包括光源、透鏡、準(zhǔn)直鏡、第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測(cè)器;所述光源、透鏡、準(zhǔn)直鏡和第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測(cè)器依次排列；所述電子單元包括主控模塊、光源驅(qū)動(dòng)控制模塊、電源管理模塊、ADC數(shù)據(jù)采集模塊、微鏡驅(qū)動(dòng)電路、溫濕度傳感器和顯示單元;所述主控模塊分別連接光源驅(qū)動(dòng)控制模塊、電源管理模塊、ADC數(shù)據(jù)采集模塊、微鏡驅(qū)動(dòng)模塊、溫濕度傳感器和顯示單元。
[0006]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述微鏡驅(qū)動(dòng)電路連接所述數(shù)字微鏡陣;所述光源驅(qū)動(dòng)控制模塊連接所述光源。
[0007]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光電探測(cè)器為單點(diǎn)光電探測(cè)器，所述衍射光柵為機(jī)械旋轉(zhuǎn)衍射光柵。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光電探測(cè)器為線性陣列探測(cè)器，所述衍射光柵為固定位衍射光柵。
[0009]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電子單元還設(shè)有存儲(chǔ)模塊、通信模塊和接口模塊;所述存儲(chǔ)模塊、通信模塊和接口模塊分別連接所述主控模塊。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果是:摒棄了傳統(tǒng)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)衍射光柵以及CCD線性陣列探測(cè)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用了固定光柵加數(shù)字微鏡技術(shù)來(lái)對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行選擇，并通過(guò)高性能低成本的銦鎵砷單點(diǎn)探測(cè)器進(jìn)行光譜信號(hào)探測(cè)，這一方案達(dá)到了或超過(guò)了傳統(tǒng)的光譜儀光路設(shè)計(jì)效果，并具有微小化和低成本的特點(diǎn)。
[0011]【【附圖說(shuō)明】】
[0012]圖I為本實(shí)用新型新型在線水質(zhì)光譜分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中探測(cè)器和衍射光柵連接示意圖。
[0014]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中探測(cè)器和衍射光柵又一連接示意圖。
[0015]圖4為本實(shí)用新型探測(cè)器和衍射光柵連接示意圖。
[0016]【【具體實(shí)施方式】】
[0017]下面結(jié)合【附圖說(shuō)明】及【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]如圖I，一種新型在線水質(zhì)光譜分析儀，包括光路單元和電子單元，所述光路單元與所述電子單元進(jìn)行連接;所述光路單元包括光源、透鏡、準(zhǔn)直鏡、第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測(cè)器;所述光源、透鏡、準(zhǔn)直鏡和第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測(cè)器依次排列;所述電子單元包括主控模塊、光源驅(qū)動(dòng)控制模塊、電源管理模塊、ADC數(shù)據(jù)采集模塊、微鏡驅(qū)動(dòng)電路、溫濕度傳感器和顯示單元;所述主控模塊分別連接光源驅(qū)動(dòng)控制模塊、電源管理模塊、ADC數(shù)據(jù)采集模塊、微鏡驅(qū)動(dòng)模塊、溫濕度傳感器和顯示單元。
[0019]所述微鏡驅(qū)動(dòng)電路連接所述數(shù)字微鏡陣;所述光源驅(qū)動(dòng)控制模塊連接所述光源。
[0020]所述光電探測(cè)器為單點(diǎn)光電探測(cè)器，所述衍射光柵為機(jī)械旋轉(zhuǎn)衍射光柵。
[0021]所述光電探測(cè)器為線性陣列探測(cè)器，所述衍射光柵為固定位衍射光柵。
[0022]所述電子單元還設(shè)有存儲(chǔ)模塊、通信模塊和接口模塊;所述存儲(chǔ)模塊、通信模塊和接口模塊分別連接所述主控模塊。
[0023]本新型在線水質(zhì)光譜分析儀通過(guò)分析不同波長(zhǎng)的光在整個(gè)光譜中的吸收或反射變化，可快速識(shí)別物質(zhì)的成分和相關(guān)特性，每個(gè)波長(zhǎng)的光的吸收量是依賴(lài)于材料的分子構(gòu)成，這種吸收度是特定對(duì)應(yīng)于材料，具有化學(xué)指紋的效果。光譜檢測(cè)具有快速檢測(cè)、操作簡(jiǎn)單、可重復(fù)性好、測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，非常適合于水樣的快速在線分析。
[0024]而采用光譜技術(shù)進(jìn)行水質(zhì)成分分析后，無(wú)需多種傳感器、也無(wú)需其他化學(xué)試劑來(lái)檢測(cè)水質(zhì)成分。通過(guò)分析水體物質(zhì)成分的光譜信號(hào)就能定性和定量的進(jìn)行分析。除此之外，本系統(tǒng)采用了新的光路設(shè)計(jì)來(lái)改造現(xiàn)有光譜儀光路結(jié)構(gòu)，新的光路設(shè)計(jì)摒棄了傳統(tǒng)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)衍射光柵以及CCD線性陣列探測(cè)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用了固定光柵加數(shù)字微鏡技術(shù)來(lái)對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行選擇，并通過(guò)高性能低成本的銦鎵砷單點(diǎn)探測(cè)器進(jìn)行光譜信號(hào)探測(cè)，這一方案達(dá)到了或超過(guò)了傳統(tǒng)的光譜儀光路設(shè)計(jì)效果，并具有微小化和低成本的特點(diǎn)。
[0025]在一實(shí)施例中，本新型在線水質(zhì)光譜分析儀的光路單元主要涉及到透鏡、反射鏡、衍射光柵、光電探測(cè)器，光路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)核心采用以下兩種方式，分別是采用單點(diǎn)(非陣列）探測(cè)器+機(jī)械旋轉(zhuǎn)衍射光柵結(jié)構(gòu)和采用線性陣列探測(cè)器+固定位衍射光柵結(jié)構(gòu)，這兩種方式的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖2和圖3所示。
[0026]本實(shí)用新型采用了單點(diǎn)探測(cè)器+固定衍射光柵+數(shù)字微鏡陣列的組合分光探測(cè)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖4所示，結(jié)構(gòu)關(guān)鍵是對(duì)于聚焦反射后的衍射光路，通過(guò)數(shù)字微鏡陣列選擇性的選取特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，然后再由單點(diǎn)探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)測(cè)量，其中選擇特定波長(zhǎng)的光到探測(cè)器的方法是通過(guò)選擇性地打開(kāi)或關(guān)閉微鏡陣列中的某些鏡面來(lái)將特定波長(zhǎng)的光反射到單點(diǎn)探測(cè)器。與前兩種光譜儀器分光結(jié)構(gòu)相比，采用可編程的微鏡陣列使得儀器系統(tǒng)能以高性能低成本的單個(gè)探測(cè)器來(lái)分析更多近物質(zhì)成分，并且對(duì)儀器系統(tǒng)的小型化提供了很大便利。
[0027]電子單元：
[0028]本儀器電子單元主要包括ARM主控器、光源驅(qū)動(dòng)控制電路、電源管理電路、ADC數(shù)據(jù)采集電路、微鏡驅(qū)動(dòng)電路、RS485模塊、WIFI模塊、IXD顯示模塊、LED指示燈、SD存儲(chǔ)器、溫濕度傳感器、熱敏電阻、鋰電池、USB接口、IXD顯示及按鍵電路。
[0029]在一實(shí)施例中，ARM主控器:采用STM32F407微處理器，其控制整個(gè)儀器系統(tǒng)的運(yùn)行，處理器內(nèi)部運(yùn)行的是RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、WIFI通信協(xié)議、光譜分析程序，芯片提供外部接口與各個(gè)子電路進(jìn)行通信;光源驅(qū)動(dòng)控制電路:為光源提供恒定電流。電源管理電路:負(fù)責(zé)電池的充放電管理;ADC數(shù)據(jù)采集電路:用于采集探測(cè)器并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換;微鏡驅(qū)動(dòng)電路：通過(guò)24bit RGB總線接收來(lái)自主控ARM芯片的模式配置參數(shù)及數(shù)據(jù)，解析模式信息并將模式信息正確配置到數(shù)字微鏡器件上，并同步微鏡陣列器的所有信號(hào)，可直接單獨(dú)控制單個(gè)鏡面狀態(tài);光源驅(qū)動(dòng)控制電路為光源提供恒定電流;溫濕度傳感器:采用HDC1000傳感器，用于測(cè)量?jī)x器工作的當(dāng)前溫度和濕度情況。
[0030]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型在線水質(zhì)光譜分析儀，其特征在于:包括光路單元和電子單元，所述光路單元與所述電子單元進(jìn)行連接;所述光路單元包括光源、透鏡、準(zhǔn)直鏡、第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測(cè)器;所述光源、透鏡、準(zhǔn)直鏡和第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測(cè)器依次排列;所述電子單元包括主控模塊、光源驅(qū)動(dòng)控制模塊、電源管理模塊、ADC數(shù)據(jù)采集模塊、微鏡驅(qū)動(dòng)電路、溫濕度傳感器和顯示單元;所述主控模塊分別連接光源驅(qū)動(dòng)控制模塊、電源管理模塊、ADC數(shù)據(jù)采集模塊、微鏡驅(qū)動(dòng)模塊、溫濕度傳感器和顯示單元。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型在線水質(zhì)光譜分析儀，其特征在于:所述微鏡驅(qū)動(dòng)電路連接所述數(shù)字微鏡陣;所述光源驅(qū)動(dòng)控制模塊連接所述光源;所述ADC數(shù)據(jù)采集模塊連接所述光電探測(cè)器。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型在線水質(zhì)光譜分析儀，其特征在于:所述光電探測(cè)器為單點(diǎn)光電探測(cè)器，所述衍射光柵為機(jī)械旋轉(zhuǎn)衍射光柵。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型在線水質(zhì)光譜分析儀，其特征在于:所述光電探測(cè)器為線性陣列探測(cè)器，所述衍射光柵為固定位衍射光柵。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型在線水質(zhì)光譜分析儀，其特征在于:所述電子單元還設(shè)有存儲(chǔ)模塊、通信模塊和接口模塊;所述存儲(chǔ)模塊、通信模塊和接口模塊分別連接所述主控模塊。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及光譜領(lǐng)域，其公開(kāi)了一種新型在線水質(zhì)光譜分析儀，包括光路單元和電子單元，所述光路單元與所述電子單元進(jìn)行連接；所述光路單元包括光源、透鏡、準(zhǔn)直鏡、第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測(cè)器；所述光源、透鏡、準(zhǔn)直鏡和第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測(cè)器依次排列。本實(shí)用新型的有益效果是：超過(guò)了傳統(tǒng)的光譜儀光路設(shè)計(jì)效果，并具有微小化和低成本的特點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】G01N21/31, G01N21/25
【公開(kāi)號(hào)】CN205157414
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520927243
【發(fā)明人】楊青, 李明, 王新明, 段勇, 楊豐
【申請(qǐng)人】成都克瑞斯科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月19日