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一種雙光譜水質(zhì)分析儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙光譜水質(zhì)分析儀，包括光源、用于準(zhǔn)直所述光源出射光束的準(zhǔn)直透鏡、儲樣裝置、光譜檢測系統(tǒng)以及分別與所述光源和所述光譜檢測系統(tǒng)相連接的控制終端，所述的儲樣裝置的上部設(shè)有水樣池，所述水樣池的側(cè)壁上設(shè)有用第一窗口片和第二窗口片密封的測量光路通孔，所述光源出射光束依次經(jīng)過所述的第一窗口片、水樣池和第二窗口片；所述的儲樣裝置的下部設(shè)有沿所述光源光束出射方向貫穿所述儲樣裝置的參考光路通孔，其中所述的測量光路通孔和所述的水樣池構(gòu)成測量光路，所述的參考光路通孔構(gòu)成參考光路。本發(fā)明避免了因光源不穩(wěn)定或光路中其他部分對光束吸收所引入的誤差從而使檢測數(shù)據(jù)失真。
【專利說明】一種雙光譜水質(zhì)分析儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，應(yīng)用于在線或者實(shí)驗室水質(zhì)分析和檢測，特別是一種基于雙光譜雙光路的水質(zhì)分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002]水體中的C0D、B0D、T0C、D0C、UV254、色度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、濁度等指標(biāo)是衡量水
體污染程度的重要數(shù)據(jù)。
[0003]傳統(tǒng)的在線檢測儀表大多采用比色法、電化學(xué)法等，電化學(xué)法容易受到干擾，測量結(jié)果不精確。比色法需要對樣品做預(yù)處理和化學(xué)反應(yīng)，檢測時間慢而且有二次污染。
[0004]基于吸收光譜法的水質(zhì)分析技術(shù)，可以快速的分析水體中的多種污染物指標(biāo)，而且不會造成二次污染。特別是基于紫外吸收光譜的有機(jī)物和無機(jī)鹽分析設(shè)備、還有基于可見光吸收光譜的色度和濁度分析設(shè)備，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于在線水質(zhì)檢測領(lǐng)域，但是目前市場上的所有基于光譜分析技術(shù)的水質(zhì)分析設(shè)備都是采用單光路單光譜和雙光路單光譜。如專利號為200710151043.X，專利名稱為《一種水下水質(zhì)分析儀》的發(fā)明專利，公開了一種采用單光路的在線水下水質(zhì)分析儀，具有實(shí)時、快速檢測污水成分的功能。
[0005]然而由于沒有參考光路的光譜或者不是同時檢測參考光路光譜，再加上光源的不穩(wěn)定性使得獲得的吸收光譜誤差比較大。特別是在長期在線檢測過程中，無法保證測量的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙光譜水質(zhì)分析儀，具體技術(shù)方案如下:
[0007]—種雙光譜水質(zhì)分析儀，包括光源、用于準(zhǔn)直所述光源出射光束的準(zhǔn)直透鏡、儲樣裝置、光譜檢測系統(tǒng)以及分別與所述光源和所述光譜檢測系統(tǒng)相連接的控制終端，所述的儲樣裝置的上部設(shè)有水樣池，所述水樣池的側(cè)壁上設(shè)有用第一窗口片和第二窗口片密封的兩個測量光路通孔，所述光源出射光束依次經(jīng)過所述的第一窗口片、水樣池和第二窗口片；所述的儲樣裝置的下部設(shè)有沿所述光源光束出射方向貫穿所述儲樣裝置的參考光路通孔，其中所述的測量光路通孔和所述的水樣池構(gòu)成測量光路，所述的參考光路通孔構(gòu)成參考光路。
[0008]上述技術(shù)方案中，光源出射光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后得到平行光束，平行光束同時進(jìn)入儲樣裝置的測量光路和參考光路，平行光束進(jìn)入測量光路時依次經(jīng)過第一窗口片、水樣池(水樣池中放置待測水樣)和第二窗口片，隨后進(jìn)入光譜檢測系統(tǒng)；平行光束經(jīng)參考光路通孔(參考光路)后直接進(jìn)入光譜檢測系統(tǒng)。同時設(shè)置測量光路和參考光路，使相同光束(平行光)同時進(jìn)入測量光路和參考光路，避免因光源的不穩(wěn)定等原因使得測量得到的吸收光譜與標(biāo)準(zhǔn)光源參照時引入誤差、降低測量精度。同時檢測未經(jīng)過被測水樣吸收的平行光(與進(jìn)入測量光路前的平行光相同)的光譜為測量后得到的吸收光譜提供參照，提高檢測精確度。
[0009]作為優(yōu)選，所述的光譜檢測系統(tǒng)包括分別設(shè)置在所述測量光路和所述參考光路之后的光纖、狹縫、凹面光柵以及線陣光電傳感器，其中所述的線陣光電傳感器與所述的控制終端連接，所述的光源出射光束經(jīng)儲樣裝置后依次經(jīng)過所述的光纖、狹縫、凹面光柵以及線陣光電傳感器。
[0010]作為優(yōu)選，所述的參考光路通孔的兩端設(shè)有分別與所述第一窗口片和所述第二窗口片相同的第三窗口片和第四窗口片，所述的參考光路通孔、第三窗口片、第四窗口片形成密閉空間，并在所述密閉空間內(nèi)注滿純水。通過在參考光路中設(shè)置與測量光路相同的第三窗口片和第四窗口片，并在密閉空間內(nèi)注滿純水，目的在于建立與測量光路中除水樣之外相同的光路，排除因光路中因設(shè)備不同而引入誤差，從而精確的測得水樣的吸收光譜。
[0011]作為優(yōu)選，所述的儲樣裝置外部還包括一個半包圍的防水外殼，所述外殼內(nèi)包含了所述的光源、準(zhǔn)直透鏡、除所述水樣池之外的儲樣裝置、光譜檢測系統(tǒng)以及控制終端。在儲樣裝置外加上防水外殼，將除水樣池之外的其他部件包含到防水外殼內(nèi)，目的在于可將該水質(zhì)分析儀放入待測水域中進(jìn)行實(shí)地水質(zhì)測試，將水質(zhì)分析儀放入水下后水樣將充滿水樣池，即可直接進(jìn)行測試；或放入水下后再取出測試，取出后水樣同樣將充滿水樣池。
[0012]作為優(yōu)選，所述的控制終端包括電源控制模塊、信號處理模塊以及通訊模塊。電源控制模塊用于控制電源的工作狀態(tài)；信號處理模塊用于接收光譜檢測系統(tǒng)所測得的光譜信號并作處理分析最終可得到吸收光譜數(shù)據(jù)；通訊模塊用于與外部交換數(shù)據(jù)，如水樣檢測數(shù)據(jù)、外部對水質(zhì)分析儀的控制命令等。
[0013]本發(fā)明的一種雙光譜水質(zhì)分析儀，通過設(shè)置測量光路和參考光路，并使相同的平行光束同時進(jìn)入測量光路和作為對照的參考光路，使得經(jīng)測量光路后測得的水樣吸收光譜具有一個參考光譜，將吸收光譜和參考光譜對比從而得到較為精確的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)，避免因光源不穩(wěn)定或光路中其他部分對光束吸收所引入的誤差從而使檢測數(shù)據(jù)失真。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種雙光譜的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0016]如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例的一種雙光譜水質(zhì)分析儀，包括脈沖氙燈光源I以及沿脈沖氙燈光源I出射光束光路方向依次設(shè)置的準(zhǔn)直透鏡2、儲樣裝置3以及光譜檢測系統(tǒng)4，脈沖氙燈光源I和光譜檢測系統(tǒng)4之間還設(shè)有控制終端5。
[0017]儲樣裝置3為“碗型”結(jié)構(gòu)，即一側(cè)帶有凹面的水樣池301，在水樣池301的側(cè)壁上沿光路方向設(shè)有兩個測量光路通孔302，光束經(jīng)兩個測量光路通孔302可穿透儲樣裝置3進(jìn)入光譜檢測系統(tǒng)4 ;在每個測量光路通孔302上還設(shè)有用于防水密封且透光的第一窗口片6和第二窗口片7 ;儲樣裝置3在水樣池301的下方設(shè)有沿光路方向貫穿儲樣裝置3的參考光路通孔303，光束經(jīng)參考光路通孔303可穿透儲樣裝置3進(jìn)入光譜檢測系統(tǒng)4，在參考光路通孔303中設(shè)置有與第一窗口片6和第二窗口片7材質(zhì)、位置相同的第三窗口片8和第四窗口片9，第三窗口片8和第四窗口片9與參考光路通孔303形成密閉空間，在密閉空間內(nèi)注滿純水。儲樣裝置3設(shè)有上下兩條光路，分別為由第一窗口片6、測量光路通孔302、水樣池301和第二窗口片7形成的測量光路以及由第三窗口片8、參考光路通孔303和第四窗口片9形成的參考光路。
[0018]光譜檢測系統(tǒng)4分為結(jié)構(gòu)相同的測量光譜檢測系統(tǒng)和參考光譜檢測系統(tǒng)，分別設(shè)置在測量光路和參考光路之后，分別用于檢測測量光路和參考光路之后輸出的光束的光譜信號。其中測量光譜檢測系統(tǒng)包含第一光纖10、第一狹縫11、第一凹面光柵12和第一線陣光電傳感器13 ;相應(yīng)地，參考光譜檢測系統(tǒng)包含第二光纖14、第二狹縫15、第二凹面光柵16和第二線陣光電傳感器17。其中，第一線陣光電傳感器13和第二線陣光電傳感器17均與控制終端5連接，用于將檢測的到的光譜信息傳輸?shù)娇刂平K端5中。
[0019]控制終端5包含控制脈沖氙燈光源I的光源控制模塊501、用于接收并處理光譜檢測系統(tǒng)4檢測到的光譜信號的信號處理模塊502以及與外部進(jìn)行通訊的通訊模塊503。
[0020]本發(fā)明的一種雙光譜水質(zhì)分析儀在儲樣裝置3上還設(shè)有一個防水外殼304，防水外殼304內(nèi)部包含了脈沖氙燈光源1、準(zhǔn)直透鏡2、除水樣池301之外的儲樣裝置3、光譜檢測系統(tǒng)4以及控制終端5。即防水外殼304包含了除水樣池301之外的所有部件。
[0021]本實(shí)施例的一種雙光譜水質(zhì)分析儀的工作過程如下:首先，將水樣放入儲樣裝置3的水樣池301中，保證水樣的水位高于測量光路通孔302，使測量光路通孔302浸沒在水面下；然后，控制終端5中的光源控制模塊501控制脈沖氣燈光源I發(fā)出脈沖光束，脈沖光束經(jīng)置于光路上的準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直后形成平行光，平行光投射到儲樣裝置3上，平行光同時進(jìn)入測量光路和參考光路。進(jìn)入測量光路時，平行光先后經(jīng)過第一窗口片6、水樣池301和第二窗口片7，隨后進(jìn)入測量光譜檢測系統(tǒng)并檢測得到測量光譜信息；進(jìn)入?yún)⒖脊饴窌r，平行光先后經(jīng)過第三窗口片8、純水和第四窗口片9，隨后進(jìn)入?yún)⒖脊饴窓z測系統(tǒng)并檢測得到參考光譜信息。因測量光路和參考光路中的窗口片相同(對平行光的吸收程度相同)，而純水可認(rèn)為對平行光無吸收，所以測量光譜信息相對參考光譜信息的區(qū)別是由水樣池中的水樣對平行光的吸收所導(dǎo)致的，從而通過比較測量光譜信息和參考光譜信息可得出水樣對平行光的吸收情況，并進(jìn)一步通過化學(xué)計量學(xué)算法得到水樣中的物質(zhì)成分和含量。光譜檢測系統(tǒng)檢測得到的信息將傳輸至控制終端5，信息處理模塊502對光譜信息作分析處理，并將分析結(jié)果通過通訊模塊503傳輸至外部。
[0022]使用過程中，還可將本發(fā)明實(shí)施例的一種雙光譜水質(zhì)分析儀實(shí)地浸入待測水域中，水樣將注滿整個水樣池301，而防水外殼304將保證其他部件與水樣的隔離，保證各部件正常工作。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例的一種雙光譜水質(zhì)分析儀采用設(shè)有測量光路和參考光路的方案，通過分別檢測測量光路和參考光路的光譜信息，并得到檢測光譜數(shù)據(jù)和參考光譜數(shù)據(jù)，以參考光譜數(shù)據(jù)作為光源補(bǔ)償修正數(shù)據(jù)從而分析得出水樣中的物質(zhì)種類和含量。該方案避免了因光源不穩(wěn)定從而引入系統(tǒng)誤差導(dǎo)致測量精度的下降，具有結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0024]以上所述的【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙光譜水質(zhì)分析儀，包括光源、用于準(zhǔn)直所述光源出射光束的準(zhǔn)直透鏡、儲樣裝置、光譜檢測系統(tǒng)以及分別與所述光源和所述光譜檢測系統(tǒng)相連接的控制終端，其特征在于，所述的儲樣裝置的上部設(shè)有水樣池，所述水樣池的側(cè)壁上設(shè)有用第一窗口片和第二窗口片密封的兩個測量光路通孔，所述光源出射光束依次經(jīng)過所述的第一窗口片、水樣池和第二窗口片；所述的儲樣裝置的下部設(shè)有沿所述光源光束出射方向貫穿所述儲樣裝置的參考光路通孔，其中所述的測量光路通孔和所述的水樣池構(gòu)成測量光路，所述的參考光路通孔構(gòu)成參考光路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙光譜水質(zhì)分析儀，其特征在于，所述的光譜檢測系統(tǒng)包括分別設(shè)置在所述測量光路和所述參考光路之后的光纖、狹縫、凹面光柵以及線陣光電傳感器，其中所述的線陣光電傳感器與所述的控制終端連接，所述的光源出射光束經(jīng)儲樣裝置后依次經(jīng)過所述的光纖、狹縫、凹面光柵以及線陣光電傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙光譜水質(zhì)分析儀，其特征在于，所述的參考光路通孔的兩端設(shè)有分別與所述第一窗口片和所述第二窗口片相同的第三窗口片和第四窗口片，所述的參考光路通孔、第三窗口片、第四窗口片形成密閉空間，并在所述密閉空間內(nèi)注滿純水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙光譜水質(zhì)分析儀，其特征在于，所述的儲樣裝置外部還包括一個半包圍的防水外殼，所述外殼內(nèi)包含了所述的光源、準(zhǔn)直透鏡、除所述水樣池之外的儲樣裝置、光譜檢測系統(tǒng)以及控制終端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙光譜水質(zhì)分析儀，其特征在于，所述的控制終端包括電源控制模塊、信號處理模塊以及通訊模塊。
【文檔編號】G01N21/31GK103776787SQ201410064056
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】高秀敏 申請人:杭州納宏光電科技有限公司