專利名稱：基于ｃｃｄ散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于C C D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析方法及裝置，本發(fā)明用于排污檢測(cè)類，可同時(shí)在線檢測(cè)排放的污水中含有的油類、固體顆粒?？捎糜谒|(zhì)檢測(cè)、化工排污、鉆井平臺(tái)、冷卻水、油輪碼頭等。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)發(fā)展，污水處理排放已成為當(dāng)前面臨的一個(gè)嚴(yán)重問題，而關(guān)于污水排放指標(biāo)及檢測(cè)也成為當(dāng)前一個(gè)重要的課題。污水中對(duì)環(huán)境污染最重要的成分就是含有油分，它嚴(yán)重的破壞生態(tài)環(huán)境，影響飲用水安全，影響河流及海洋的生存環(huán)境。目前水中油濃度的常用檢測(cè)方法有重量法、濁度法、紅外吸收法、紫/紅外分光光度法、熒光法等。1.重量法這是最早的測(cè)量方法，但只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，不能在線連續(xù)測(cè)量，而且萃取劑有污染；當(dāng)含油比較低時(shí)，誤差較大。2.濁度法這是最常用的測(cè)量方法，但受顆粒、氣泡影響較大，所以精度會(huì)受影響。3.紫外分光光度法是利用油類中芳香族化合物和含共軛雙鍵化合物在215260紫外區(qū)的特征吸收測(cè)定油類的含量。該方法是儀器分析油類較好的方法，該方法精密度高，操作簡(jiǎn)單，適用范圍O. 05-50mg/L的含油水樣，但不同油品內(nèi)部化合物組成差異很大，獲取每種油品的標(biāo)準(zhǔn)樣品很困難，限制其應(yīng)用范圍。4.熒光法這是目前測(cè)量精度最高的一種方法，同上，芳香族化合物和含共軛雙鍵化合物在吸收紫外光后會(huì)激發(fā)熒光，根據(jù)熒光的強(qiáng)度算出油的含率。但缺點(diǎn)也同上，不同油分的組成不同差異很大，如果這兩種成分含率低于一定值時(shí)，則無法檢測(cè)。5.紅外分光光度法和非分散紅外光度法紅外分光光度法采用四氯化碳(三氯三氟乙烷)萃取水體中的油類物質(zhì)，根據(jù)油類中碳?xì)渖炜s振動(dòng)在紅外光譜區(qū)產(chǎn)生的特征吸收測(cè)定油類的方法。紅外光度法分為非分散紅外光度法和紅外分光光度法，非分散紅外光度法利用油中烷烴的甲基、亞甲基在近紅外區(qū)34 μ m附近的特征吸收，紅外分光光度法利用烷烴中甲基、亞甲基及芳烴的碳?xì)湔駝?dòng)3個(gè)波長(zhǎng)的吸收。該方法重現(xiàn)性好，準(zhǔn)確度高，靈敏度高。然而，非分散紅外光度法由于沒有考慮到芳烴類化合物，當(dāng)油品中芳烴含量超過25%時(shí)，它的吸光系數(shù)和通常油品(其中芳烴含量不超過15%)有很大差異。 但無論采用上述何種方法，都只對(duì)水中含油做測(cè)量，在同時(shí)含有固體顆粒、油分、氣泡時(shí)，則很難達(dá)到同時(shí)在線測(cè)量的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了同時(shí)在線檢測(cè)水中油分及固體污染物的含量，為污水排放管理等領(lǐng)域提供更好的依據(jù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了基于c C D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析方法及裝置。本發(fā)明提供的基于C C D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析方法為使平行光束經(jīng)過裝有待分析液體的透明容器，由CCD線陣探測(cè)器接收，根據(jù)CCD線陣探測(cè)器接收到的光譜分布所體現(xiàn)的散射和折射情況，結(jié)合水中油滴和固體顆粒的散射和折射特性，計(jì)算所述液體的含油量及固體顆粒含量。所述平行光束的產(chǎn)生方法可以為采用雙頻或多頻光源或者寬譜光源加上濾光片，用于分時(shí)控制發(fā)生不同的光譜；通過校正光路，使點(diǎn)光源變?yōu)槠叫泄馐?。?jì)算所述液體的含油量及固體顆粒含量的方法可以為將CCD線陣探測(cè)器接收到的平行光束經(jīng)過裝有待分析液體的透明容器后的信號(hào)減去在純水中穿過的信號(hào)值，得到與波長(zhǎng)、油、固體顆粒和氣泡相關(guān)的譜形，對(duì)譜形的相應(yīng)至少3個(gè)敏感區(qū)與透射光的峰值積分比值進(jìn)行分析后得到油品和固體顆粒的含量。優(yōu)選地，計(jì)算所述液體的含油量及固體顆粒含量的方法為在光線穿過裝有純水的透明容器時(shí)，探測(cè)器接收到的本底信號(hào)記為S0，穿過裝有待分析液體的透明容器時(shí)，探測(cè)器接收到的信號(hào)記為SI，定義標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)SI，=Sl-SO, Zl、Z2、Z3、Z4為SI’在不同敏感區(qū)內(nèi)選擇的計(jì)算值，是幾個(gè)像素點(diǎn)的積分，Zl、Z2、Z3為正值，其中，Z3為主峰區(qū)域，Z2為鄰近Z3的次峰區(qū)域，Zl為鄰近Z2的平滑區(qū)域，TA為負(fù)值峰值區(qū)域，含油量Ho及固體顆粒Hw含量分別為 Ho=fl (Z2) _k*f2 (Z4/Z3)Hw=gl (Zl)-g2 (Ho)(其中，fl、f2、gl、g2為標(biāo)定樣品所擬合的線性關(guān)系的系數(shù))優(yōu)選地，所述透明容器為柱形容器，所述平行光束的入射角為30° 45° (與管道半徑及玻璃厚度相關(guān)，例如采用38. 5° )，二次折射后的主光束與所述CCD線陣探測(cè)器基本呈90度角。優(yōu)選地，所述平行光束垂直于所述柱形容器的中心軸。優(yōu)選地，所述待分析液體通過活塞結(jié)構(gòu)抽入到所述透明容器中，靜置T5s，排除大的氣泡后進(jìn)行測(cè)量。本發(fā)明提供的基于C C D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析裝置包括透明容器、設(shè)置在所述透明容器外的光源以及能夠探測(cè)由所述光源發(fā)出并穿過所述玻璃容器的CCD線陣探測(cè)器，所述透明容器設(shè)置有進(jìn)液閥和出液閥。較佳地，該裝置還設(shè)置有連接所述CXD線陣探測(cè)器的處理器，該處理器根據(jù)CXD線陣探測(cè)器接收到的光譜分布所體現(xiàn)的散射和折射情況，結(jié)合水中油滴和固體顆粒的散射和折射特性，計(jì)算所述液體的含油量及固體顆粒含量(計(jì)算方法可以為上述任一種計(jì)算所述液體的含油量及固體顆粒含量的方法)。所述透明容器內(nèi)可以設(shè)置有用于進(jìn)液和出液的活塞。
優(yōu)選地，所述光源采用雙頻或多頻光源或者寬譜光源加上濾光片，所述光源前端設(shè)置有用于使點(diǎn)光源變?yōu)槠叫泄馐男Ｕ饴?，所述校正光路包括光闌及透鏡，所述透明容器的外圍設(shè)置有吸光材料。利用本發(fā)明能夠同時(shí)在線檢測(cè)水中油分及固體污染物的含量，操作簡(jiǎn)便快捷。


圖1為本發(fā)明的測(cè)量原理示意圖；圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)視圖；圖3為本發(fā)明CXD接收譜形圖。圖中1-傳動(dòng)螺桿，2-活塞，3-電路引線，4-CXD線陣探測(cè)器，5-吸光材料，6-腔體液樣，7-進(jìn)液?jiǎn)蜗蜷y，8-電路板，9-殼體蓋，10-殼體支架，11-光源，12-光學(xué)玻璃容器，13-密封墊，14-出液?jiǎn)蜗蜷y，15-管道。`
具體實(shí)施例方式圖2表示了本發(fā)明的一種基于C C D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析裝置，包括光學(xué)玻璃容器12、設(shè)置在光學(xué)玻璃容器12外的光源11以及能夠探測(cè)由光源11發(fā)出并穿過所述玻璃容器的CCD線陣探測(cè)器4，光學(xué)玻璃容器12設(shè)置有進(jìn)液?jiǎn)蜗蜷y7和出液?jiǎn)蜗蜷y14,可以接入管道15內(nèi)。光學(xué)玻璃容器12內(nèi)設(shè)置有活塞2,用于使光學(xué)玻璃容器12內(nèi)進(jìn)出腔體液樣6。其它還包括傳動(dòng)螺桿1、電路引線3、吸光材料5、電路板8、殼體蓋9、殼體支架10、密封墊13，這些組成部分的結(jié)構(gòu)和功能容易從圖中所示及其名稱而獲知，這里不再贅述。圖1表示了利用圖1所示的裝置所進(jìn)行的基于C C D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析方法的原理。光源11發(fā)出的光線經(jīng)過透鏡和光闌準(zhǔn)直后成為平行光束，經(jīng)過光學(xué)玻璃容器12的容器壁后發(fā)生一次折射，經(jīng)過腔體液樣6，由于其中的氣泡、油滴和固體顆粒的而發(fā)生散射和折射，再經(jīng)過光學(xué)玻璃容器12的容器壁后發(fā)生二次折射后，由CCD線陣探測(cè)器4接收.根據(jù)CCD線陣探測(cè)器接收到的光譜分布所體現(xiàn)的散射和折射情況，結(jié)合水中油滴和固體顆粒的散射和折射特性，可以計(jì)算所述液體的含油量及固體顆粒含量。下面對(duì)上述原理和某些操作步驟做補(bǔ)充說明。由步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)螺桿帶動(dòng)活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過進(jìn)液?jiǎn)蜗蜷y及出液?jiǎn)蜗蜷y可以從管道中抽取水質(zhì)樣品或排出水樣，此樣品中可能含有少量油、固體顆粒以及少量氣泡。該系統(tǒng)在抽取樣品后，由于吸入樣品的減壓作用，油品及顆?；境示鶆蚍植紶顟B(tài)，靜置3 5s，待排除大的氣泡后進(jìn)行測(cè)量?？梢杂晒庠捶謺r(shí)發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)范圍的光，由探測(cè)器1-6-接收，系統(tǒng)接收到一組信號(hào)，再由光源發(fā)出另一個(gè)波長(zhǎng)范圍的光，系統(tǒng)接收到另一組信號(hào)。該系統(tǒng)算法可以將此兩組信號(hào)同時(shí)減去光在清水中穿過的信號(hào)值(此值由標(biāo)定校準(zhǔn)過程獲得)，得到兩組與波長(zhǎng)、油、固體顆粒、氣泡等相關(guān)的譜形，對(duì)譜形的相應(yīng)至少3個(gè)敏感區(qū)域的積分與透射光的峰值域積分比值進(jìn)行分析后得到油品和固體顆粒的含量，算法見發(fā)明內(nèi)容。進(jìn)一步的原理示意如圖3所示,儀表通過兩次不同波長(zhǎng)λ I (860nm)和λ 2 (950nm)的入射光，探測(cè)器接收到兩組信號(hào)SI，S2。在儀表之前的標(biāo)定過程中，其中一次是以清水作為標(biāo)樣，此測(cè)量值即為標(biāo)準(zhǔn)值S0，則得到S1’=S1-S0，S2’=S2-S0。Z1、Z2、Z3、Z4為SI’在不同敏感區(qū)內(nèi)選擇的計(jì)算值，是幾個(gè)像素點(diǎn)的積分，ZU Z2、Z3為正值，其中，Z3為主峰區(qū)域，Z2為鄰近Z3的次峰區(qū)域，Zl為鄰近Z2的平滑區(qū)域，Z4為負(fù)值峰值區(qū)域，Zl和Z2在SI’上的所在區(qū)段記為A段和B段，Z3和Z4在SI’上的所在區(qū)段記為C段，A段、B段和C段的分割位置是SI’的兩個(gè)波谷。在光線穿過純水時(shí)，只有入射和出射界面發(fā)生折射，探測(cè)器接收到本底信號(hào)S0，在SO的A、B段則只有由管壁等反射的一些雜散光，由于管壁涂有吸光材料，且每次測(cè)量的反射光強(qiáng)度基本一致，而SI’ S2’都是用差值參與計(jì)算，所以，可以忽略雜散光的干擾。油、氣泡、顆粒在樣品內(nèi)按統(tǒng)計(jì)分布，Z1、Z2、Z3為在不同敏感區(qū)內(nèi)選擇的計(jì)算值，是幾個(gè)像素點(diǎn)的積分(減小統(tǒng)計(jì)誤差)。系統(tǒng)中，油和氣泡發(fā)生部分折射，顆粒本身不透光，則不發(fā)生折射；但油滴和氣泡折射率不同，且在不同波長(zhǎng)下，同種折射率也有差異。所以Z3和TA的像素點(diǎn)的位置之差Λη，反應(yīng)了折射率的差異，算法中可采用斜率法(單位像素上的變化率)(Ζ4-Ζ3)/Λη;2-在B和A段都含有不同的散射光，但在氣泡表面，很容易發(fā)生全反射，水氣之間的全反射角48. 6°，所以在B段受到氣泡的影響較大(Ζ2/Ζ3)；3-三者本身都有不同程度的散射，所以 A段(Ζ1/Ζ3)是三種散射影響之和，但Zl基本不受氣泡影響，所以根據(jù)條件2，能夠判斷出氣泡的含量；4-確定氣泡后，根據(jù)條件1-，同時(shí)推斷出油的含量；5-根據(jù)條件3，推出固體顆粒的含量。所以推導(dǎo)公式如下 Ho=fl (Z2) - k*f2 (Z4/Z3)Hw=gl (Zl) - g2(Ho)(其中，fl、f2、gl、g2為標(biāo)定樣品所擬合的線性關(guān)系的系數(shù))利用上述裝置進(jìn)行在線分析具有如下特點(diǎn)1.能夠同時(shí)測(cè)量油分和固態(tài)污染物，并在線檢測(cè)；2.同時(shí)檢測(cè)整個(gè)管道內(nèi)的濁度；3.采用連續(xù)譜，采用不同敏感區(qū)，多參數(shù)處理，提高測(cè)量精度；4.采用雙波長(zhǎng)光源，根據(jù)波長(zhǎng)與折射率的關(guān)系，消除氣泡等其他影響；5.算法采用比值法，消除沾附少量油污的影響；6. CXD線陣探測(cè)器，各個(gè)點(diǎn)受溫度及其他影響一致，比值算法也同樣抵消掉溫度等外界環(huán)境的影響；7.結(jié)構(gòu)采用抽拉取樣式，能在測(cè)量后同時(shí)清洗擦除表面油污；8.操作簡(jiǎn)單，易安裝，使用及維護(hù)方便。
權(quán)利要求
1.基于CC D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析方法，其特征在于，使平行光束經(jīng)過裝有待分析液體的透明容器，由CCD線陣探測(cè)器接收，根據(jù)CCD線陣探測(cè)器接收到的光譜分布所體現(xiàn)的散射和折射情況，結(jié)合水中油滴和固體顆粒的散射和折射特性，計(jì)算所述液體的含油量及固體顆粒含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CC D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析方法，其特征在于，所述平行光束的產(chǎn)生方法為采用雙頻或多頻光源或者寬譜光源加上濾光片，用于分時(shí)控制發(fā)生不同的光譜；通過校正光路，使點(diǎn)光源變?yōu)槠叫泄馐?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CC D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析方法，其特征在于，計(jì)算所述液體的含油量及固體顆粒含量的方法為將CCD線陣探測(cè)器接收到的平行光束經(jīng)過裝有待分析液體的透明容器后的信號(hào)減去在純水中穿過的信號(hào)值，得到與波長(zhǎng)、油、固體顆粒和氣泡相關(guān)的譜形，對(duì)譜形的相應(yīng)至少3個(gè)敏感區(qū)與透射光的峰值積分比值進(jìn)行分析后得到油品和固體顆粒的含量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于CC D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析方法，其特征在于，計(jì)算所述液體的含油量及固體顆粒含量的方法為在光線穿過裝有純水的透明容器時(shí)，探測(cè)器接收到的本底信號(hào)記為S0，穿過裝有待分析液體的透明容器時(shí)，探測(cè)器接收到的信號(hào)記為SI，定義標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)SI’ =Sl-SO, Z1、Z2、Z3、Z4為SI’在不同敏感區(qū)內(nèi)選擇的計(jì)算值，是幾個(gè)像素點(diǎn)的積分，Z1、Z2、Z3為正值，其中，Z3為主峰區(qū)域，Z2為鄰近Z3的次峰區(qū)域，Zl為鄰近Z2的平滑區(qū)域，TA為負(fù)值峰值區(qū)域，含油量Ho及固體顆粒含量Hw分別如下Ho=fl(Z2)-k*f2 (Z4/Z3)Hw=gl (Zl)-g2(Ho) 其中，fl, f2, gl, g2為標(biāo)定樣品所擬合的線性關(guān)系的系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CC D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析方法，其特征在于，所述透明容器為柱形容器，所述平行光束的入射角為30° 45°，二次折射后的主光束與所述CCD線陣探測(cè)器基本呈90度角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CC D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析方法，其特征在于，所述平行光束垂直于所述柱形容器的中心軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CC D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析方法，其特征在干，所述待分析液體通過活塞結(jié)構(gòu)抽入到所述透明容器中，靜置3 5s，排除大的氣泡后進(jìn)行測(cè)量。
8.基于CC D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析裝置，其特征在于，包括透明容器、設(shè)置在所述透明容器外的光源以及能夠探測(cè)由所述光源發(fā)出并穿過所述玻璃容器的CCD線陣探測(cè)器，所述透明容器設(shè)置有進(jìn)液閥和出液閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于CC D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析裝置，其特征在于，所述透明容器內(nèi)設(shè)置有用于進(jìn)液和出液的活塞。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于CC D散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析裝置，其特征在于，所述光源采用雙頻或多頻光源或者寬譜光源加上濾光片，所述光源前端設(shè)置有用于使點(diǎn)光源變?yōu)槠叫泄馐男Ｕ饴罚鲂Ｕ饴钒ü怅@及透鏡，所述透明容器的外圍設(shè)置有吸光材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于ＣＣＤ散折射譜法的水中微含油及污染度在線分析方法為使平行光束經(jīng)過裝有待分析液體的透明容器，由CCD線陣探測(cè)器接收，根據(jù)CCD線陣探測(cè)器接收到的光譜分布所體現(xiàn)的散射和折射情況，結(jié)合水中油滴和固體顆粒的散射和折射特性，計(jì)算所述液體的含油量及固體顆粒含量。利用本發(fā)明能夠同時(shí)在線檢測(cè)水中油分及固體污染物的含量，操作簡(jiǎn)便快捷。
文檔編號(hào)G01N21/41GK103048291SQ20121053067
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者賀江林, 白潤(rùn)會(huì) 申請(qǐng)人:北京乾達(dá)源科技有限公司