CN204142624U - 一种基于复合光谱测量的在线水质监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于复合光谱测量的在线水质监测装置，包括激发单元、光谱采集单元与控制单元；所述激发单元包括复合光源、传导光纤；所述光谱采集单元包括光学流通池、探测光纤、光谱采集模块；所述控制单元包括计算机；复合光源为一个宽波长连续光源及6个不同波长的LED分立光源，在上位机计算机控制下发出所需的不同波长光；采用复合光源，可检测吸光度、荧光及散射信号，同时测量多个水质参数，实现全面、实时、快速、精确了解水质各项参数变化情况。通过获取的不同信号与水质中成分之间的关系换算出待测样品中跟参数的具体浓度，从而保证了测量精度的进一步提高。

Description

一种基于复合光谱测量的在线水质监测装置

技术领域

本实用新型专利涉及检测设备，具体说是一种水质在线测量装置。 

技术背景

伴随着国民经济的高速发展，经济腾飞，生产力增加，我国的水体水质环境也遭受到了严重的破坏。在工业生产、水产养殖、环境监测、医疗卫生和科学研究领域中，需要实时掌握水体中的各项参数变化情况，以便进行检测和控制。传统的化学方法依赖于化学反应，很难彻底摆脱复杂结构、消耗试剂、易造成二次污染等固有不足，越来越难以满足社会发展的需要。然而光谱法不需要任何化学试剂，对水质本身没有影响，而且不需要对水样进行处理，直接测量，检测数据快，避免了繁琐的步骤。目前光谱法测量水体水质的仪器多采用单光源或双光源，测量参数比较单一。与西方发达国家相比，我国的水体水质环境探测、传感器技术总体也是落后的，缺乏价格合理、可分析参数全面、实时、快速、精确的自主知识产权的传感器分析仪器，这种局面严重制约了对水体水质环境的监测与控制。 

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型采用复合光源进行水质在线测量技术避免了上述方面的缺点，可以同时测量多个水质参数，实现全 面、实时、快速、精确了解水质各项参数变化情况，提高环境部门对水质各项参数的监测技术水平，为有效预防水体污染提供有力的技术支撑。 

本实用新型的目的是为了克服现有技术中存在的上述方面的缺点，实现全面、实时、快速、精确测量水质各项参数变化情况，提供一种基于吸光度技术、荧光技术和散射技术，无需依赖于化学反应，几乎不用维护，且不易受到外界干扰，使用方面的水质在线监测装置。利用水体中污染物对光的吸收特性、荧光特性和散射特性，推导出水体中各项参数的浓度。连续光源垂直射入待测样品中，通过光谱采集模块获得样品的吸光度；分立光源由6个不同波长的LED光源组成，分立光源发射入射光进入待测样品中，在其光路垂直90°方向获取荧光及散射信号。通过获取的不同信号与水质中成分之间的关系换算出待测样品中跟参数的具体浓度。 

具体方案如下： 

一种基于复合光谱测量的在线水质监测装置，其特征在于：包括激发单元、光谱采集单元与控制单元； 

所述激发单元包括复合光源、传导光纤； 

所述光谱采集单元包括光学流通池、探测光纤、光谱采集模块； 

所述控制单元包括计算机； 

其中： 

计算机为上位机，用于光谱数据的采集处理显示存储及对整个系统的控制； 

复合光源为一个宽波长连续光源及6个不同波长的LED分立光源，在上位机计算机控制下发出所需的不同波长光，宽波长连续光通过传导光纤传输到光学流通池，6个不同波长的LED分立光无需经过传导光纤直接进入光学流通池； 

光学流通池中由LED光源直接发射的光及由传导光纤传导来的宽波长连续光用来激发水体中物质获得吸收光、荧光及散射光，吸收光、荧光及散射光进入到探测光纤，完成对吸收光、荧光及散射光信号的快速采集，经过探测光纤传输至光谱采集模块； 

光谱采集模块用来将吸收光、荧光及散射光信号快速采集。 

所述光学流通池包括基体、入水口、准直透镜、传导光纤接头、LED接头、聚焦透镜、探测光纤接头、出水口、石英光窗；所述传导光纤接头设置在基体顶部，所述探测光纤接头设置在基体底部，在基体侧面上半部分和下半部分分别设置入水口和出水口，所述准直透镜设置在传导光纤接头内部，在探测光纤接头上部设置聚焦透镜，在除去入水口和出水口面的基体侧面下半部分设置LED接头，分别在传导光纤接头、探测光纤接头和LED接头靠近基体的前端设置石英光窗。 

所述复合光源1的宽波长光源的波长范围为185～1100nm，6个不同波长的LED光源的中心波长分别为260nm、285nm、315nm、375nm、341nm和405nm。 

所述光谱采集模块采集的波长范围满足200～1100nm。 

本实用新型的优点是： 

1、采用光谱法不需要任何化学试剂，对水质本身没有影响，而且不需要对水样进行处理，直接测量，检测数据快，避免了繁琐的步骤。 

2、采用复合光源，可检测吸光度、荧光及散射信号，同时测量多个水质参数，实现全面、实时、快速、精确了解水质各项参数变化情况。通过获取的不同信号与水质中成分之间的关系换算出待测样品中跟参数的具体浓度，从而保证了测量精度的进一步提高。 

3、可根据实际需要单独选择所需光源进行单独精确检测，满足多种环境监测的需要。 

本实用新型的多参数在线水质监测装置，采用光谱法测量，可实现对水质直接测量、检测速度快，避免繁琐的步骤，同时不需要化学试剂，避免对水质的二次污染。采用复合光源作为光源，可获取吸光度、荧光及散射信号，同时测量多个水质参数，实现全面、实时、快速、精确了解水质各项参数变化情况。提高环境部门对水质各项参数的监测技术水平，为有效预防水体污染提供有力的技术支撑。 

附图说明：

图1是本实用新型装置的结构示意图； 

图2是光学流通池的剖面结构示意图； 

图3是光学流通池的俯视结构示意图。 

具体实施方式

如图1所示，包括激发单元、光谱采集单元与控制单元； 

所述激发单元包括复合光源1、传导光纤2； 

所述光谱采集单元包括光学流通池3、探测光纤4、光谱采集模块5； 

所述控制单元包括计算机6； 

其中： 

计算机6为上位机，用于光谱数据的采集处理显示存储及对整个系统的控制； 

复合光源1为一个宽波长连续光源及6个不同波长的LED分立光源，在上位机计算机6控制下发出所需的不同波长光，宽波长连续光通过传导光纤2传输到光学流通池3，6个不同波长的LED分立光无需经过传导光纤2直接进入光学流通池3； 

光学流通池3中由LED光源直接发射的光及由传导光纤2传导来的宽波长光用来激发水体中物质获得吸收光、荧光及散射光，吸收光、荧光及散射光进入到探测光纤4，完成对吸收光、荧光及散射光信号的快速采集，经过探测光纤4传输至光谱采集模块5； 

光谱采集模块5用来将吸收光、荧光及散射光信号快速采集，可采用Ocean Optics公司USB2000型号。 

如图2、3所示，光学流通池3包括基体400、入水口401、准直透镜402、传导光纤接头403、LED接头404、聚焦透镜405、探测光纤接头406、出水口407、石英光窗408；所述传导光纤接头403设置在基体400顶部，所述探测光纤接头406设置在基体400底部，在基体400侧面上半部分和下半部分分别设置入水口401和出水口407，所述准直透镜402设置在传导光纤接头403内部，在探测光纤 接头406上部设置聚焦透镜405，在基体400侧面下半部分设置LED接头404，分别在传导光纤接头403、探测光纤接头406和LED接头404靠近基体400的前端设置石英光窗408。 

所述复合光源1的宽波长光源的波长范围为185～1100nm，可采用Heraeus公司6/10S型号，6个不同波长的LED光源的中心波长分别为260nm、285nm、315nm、375nm、341nm和405nm。 

所述光谱采集模块5采集的波长范围满足200～1100nm。 

本实用新型原理是：连续光源垂直射入待测样品中，待测样品吸收垂直入射连续光，当入射光通过待测样品后光强减弱变为I。为样品设置参比光I₀(相同光源通过同一光程纯净水后的光强)，根据朗伯比尔定律求得待测样品中某些参数的具体浓度；分立光源由6个不同波长的LED光源组成，分立光源可发射不同波长的入射光进入待测样品中，入射光进入待测样品后与样品中物质相互作用产生荧光及散射信号，通过光谱采集模块在其光路垂直方向获取荧光及散射信号，根据不同的荧光及散射信号对参数进行定性分析，由于不同浓度的参数对应不同的荧光及散射信号，可根据不同的荧光及散射信号强度对测量参数进行定量分析。通过获取的不同信号与水质中成分之间的特定关系设定不同算法，从而换算出待测样品中各参数的具体浓度，从而保证了测量精度的进一步提高。 

Claims (5)

1.一种基于复合光谱测量的在线水质监测装置，其特征在于：包括激发单元、光谱采集单元与控制单元； 

所述激发单元包括复合光源(1)、传导光纤(2)； 

所述光谱采集单元包括光学流通池(3)、探测光纤(4)、光谱采集模块(5)； 

所述控制单元包括计算机(6)； 

其中： 

计算机(6)为上位机，用于光谱数据的采集处理显示存储及对整个系统的控制； 

复合光源(1)为一个宽波长连续光源及6个不同波长的LED分立光源，在上位机计算机(6)控制下发出所需的不同波长光，宽波长连续光通过传导光纤(2)传输到光学流通池(3)，6个不同波长的LED分立光无需经过传导光纤(2)直接进入光学流通池(3)； 

光学流通池(3)中由LED光源直接发射的光及由传导光纤(2)传导来的宽波长连续光用来激发水体中物质获得吸收光、荧光及散射光，吸收光、荧光及散射光进入到探测光纤(4)，完成对吸收光、荧光及散射光信号的快速采集，经过探测光纤(4)传输至光谱采集模块(5)； 

光谱采集模块(5)用来将吸收光、荧光及散射光信号快速采集。 

2.根据权利要求1所述的在线水质监测装置，其特征在于：所述 光学流通池(3)包括基体(400)、入水口(401)、准直透镜(402)、传导光纤接头(403)、LED接头(404)、聚焦透镜(405)、探测光纤接头(406)、出水口(407)、石英光窗(408)；所述传导光纤接头(403)设置在基体(400)顶部，所述探测光纤接头(406)设置在基体(400)底部，在基体(400)侧面上半部分和下半部分分别设置入水口(401)和出水口(407)，所述准直透镜(402)设置在传导光纤接头(403)内部，在探测光纤接头(406)上部设置聚焦透镜(405)，在除去入水口(401)和出水口(407)面的基体(400)侧面下半部分设置LED接头(404)，分别在传导光纤接头(403)、探测光纤接头(406)和LED接头(404)靠近基体(400)的前端设置石英光窗(408)。 

3.根据权利要求1所述的在线水质监测装置，其特征在于：复合光源(1)的宽波长连续光源的波长范围为185～1100nm。 

4.根据权利要求1所述的在线水质监测装置，其特征在于：复合光源(1)的6个不同波长的LED光源的中心波长分别为260nm、285nm、315nm、375nm、341nm和405nm。 

5.根据权利要求1所述的在线水质监测装置，其特征在于：光谱采集模块(5)采集的波长范围满足200～1100nm。