專利名稱：一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水質(zhì)色度檢測(cè)裝置，尤其涉及一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
色度是表示顏色強(qiáng)度的物理量，是表征水質(zhì)好壞的重要指標(biāo)之一，現(xiàn)行水質(zhì)色度檢測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法(GB/T 11903-1989)是鉬鈷比色法和稀釋倍數(shù)法。鉬鈷比色法是利用由氯鉬酸鉀和氯化鈷配制的色度標(biāo)準(zhǔn)溶液與被測(cè)樣品進(jìn)行目視比較以測(cè)定水樣的色度，適用于清潔水，輕度污染并略帶黃色調(diào)的水以及清潔的地面水、地下水和飲用水等。稀釋倍數(shù)法是將樣品用光學(xué)純水稀釋至用目視比較與光學(xué)純水相比剛好看不見(jiàn)顏色時(shí)的稀釋倍數(shù)作為表達(dá)顏色的強(qiáng)度，適用于污染較嚴(yán)重的地面水和工業(yè)廢水。然而，這兩種色度測(cè)定方法操作過(guò)程繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)，且目視比較過(guò)程受實(shí)驗(yàn)者視覺(jué)因素的影響較大，進(jìn)而使測(cè)定的色度 結(jié)果存在不確定性。另外，鉬鈷比色法中用到的貴金屬化學(xué)試劑價(jià)格昂貴，在浪費(fèi)實(shí)驗(yàn)原材料的同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成了二次污染。為了克服目視比色方法的弊端，人們提出了使用分光光度計(jì)測(cè)量水質(zhì)色度，并對(duì)此開(kāi)展了研究。分光光度計(jì)測(cè)量水質(zhì)色度是基于分光光度法原理，使用分光光度計(jì)代替人眼測(cè)定水質(zhì)色度，擺脫了人眼主觀因素對(duì)測(cè)量過(guò)程的影響，測(cè)量結(jié)果客觀、真實(shí)、可重復(fù)性高，測(cè)量分辨率也有了很大的提高。但是，使用分光光度計(jì)測(cè)量水質(zhì)色度僅限于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量，需要對(duì)水樣進(jìn)行采集和預(yù)處理，檢測(cè)過(guò)程復(fù)雜、周期長(zhǎng)、具有二次污染，成本高。目前相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的關(guān)于分光光度計(jì)測(cè)量色度的方法，基本上都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立色度標(biāo)準(zhǔn)溶液特定波長(zhǎng)下的吸光度與色度的擬合關(guān)系式，然后通過(guò)測(cè)量水樣的吸光度代入擬合關(guān)系式確定其色度值。這實(shí)際上是以這樣的假設(shè)為前提，即廢水的顏色色系基本不變而只是深淺有差異，因而對(duì)于同一色系的水樣其吸收特性基本相同。然而，實(shí)際廢水的污染成分是復(fù)雜的，不同的物質(zhì)有不同的吸收特性，當(dāng)污染成分稍有變化時(shí)，吸收波長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生改變，因而在某一特定波長(zhǎng)處，建立吸光度與色度關(guān)系的方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)污水色度的普適性測(cè)量。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置，該裝置利用三波長(zhǎng)測(cè)量方法測(cè)定待測(cè)水樣的色度，適用于工業(yè)污水、地表水和飲用水等水溶液色度的實(shí)時(shí)快速測(cè)量。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置，包括三個(gè)LED單色光源，透射式光纖傳感器，USB光纖光譜儀和計(jì)算機(jī)，LED單色光源通過(guò)光纖與透射式光纖傳感器連接，透射式光纖傳感器通過(guò)光纖與USB光纖光譜儀連接，USB光纖光譜儀通過(guò)USB數(shù)據(jù)傳輸線與計(jì)算機(jī)連接。所述的三個(gè)LED單色光源分別發(fā)紅光、綠光和藍(lán)光。[0008]所述的透射式光纖傳感器包括入射光纖、外殼、出射光纖、濾膜、筒狀濾膜固定裝置和吊環(huán)；濾膜位于透射式光纖傳感器的縱向兩端，通過(guò)筒狀濾膜固定裝置固定，濾膜孔徑為O. 45 μ m ;入射光纖和出射光纖位于透射式光纖傳感器的橫向兩端,通過(guò)光纖I禹合器與外殼連接并固定準(zhǔn)直。一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置，其采用的色度檢測(cè)計(jì)算方法為第一步按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T 11903-1989的鉬鈷比色法配制系列色度值已知的色度標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用所述的一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置測(cè)量各色度值已知的色度標(biāo)準(zhǔn)溶液的透射光譜，并取各色度值已知的色度標(biāo)準(zhǔn)溶液的透射光譜于595nm, 555nm, 445nm處的透過(guò)率1\、T2、T3,根據(jù)公式X = (O. 7833 X T1) + (O. 1974 X T3)Y = T2Z = 1.1822 X T3計(jì)算出各色度值已知的色度標(biāo)準(zhǔn)溶液的三刺激值X、Y、Ζ，再由三刺激值計(jì)算各色度值已知的色度標(biāo)準(zhǔn)溶液相對(duì)于光學(xué)純水的色差ΑΕ，利用回歸法建立色度與色差的關(guān)系式C = f(AE)；第二步對(duì)于待測(cè)水樣，采用所述的一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置測(cè)量其透射光譜，并取待測(cè)水樣的透射光譜于595nm，555nm, 445nm處的透過(guò)率1\、T2,T3，根據(jù)公式X= (O. 7833 X T1) + (O. 1974 X T3)Y = T2Z = 1.1822 X T3計(jì)算出待測(cè)水樣的三刺激值X、Y、Z，再由三刺激值計(jì)算待測(cè)水樣相對(duì)于光學(xué)純水的的色差ΛΕ，將其代入第一步建立的回歸關(guān)系式計(jì)算得出待測(cè)水樣的色度C。本發(fā)明的有益效果是I. LED單色光源反應(yīng)迅速、體積小、成本低，更利于系統(tǒng)集成；2.整個(gè)裝置體積小、攜帶方便，能實(shí)現(xiàn)快速現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量；3.整個(gè)裝置利用光纖傳感測(cè)量水質(zhì)色度，抗干擾性強(qiáng)、能遠(yuǎn)距離傳輸、能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
以下結(jié)合附圖
及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。圖I是一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是透射式光纖傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖I中1是LED單色光源，其發(fā)光波長(zhǎng)為紅光；2是LED單色光源，其發(fā)光波長(zhǎng)為綠光；3是LED單色光源,其發(fā)光波長(zhǎng)為藍(lán)光；4是光纖稱合器；5是傳光光纖；6是入射光纖；7是透射式光纖傳感器；8是出射光纖；9是光纖耦合器；10是USB光纖光譜儀；11是USB數(shù)據(jù)傳輸線；12是計(jì)算機(jī)。圖2中6是入射光纖；8是出射光纖；13是透射式光纖傳感器外殼；14是筒狀濾膜固定裝置；1 5是光纖I禹合器；16是吊環(huán)；17是濾膜；18是光纖I禹合器。
具體實(shí)施方式
圖I中，一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置，包括三個(gè)LED單色光源
1、2、3，透射式光纖傳感器7，USB光纖光譜儀10和計(jì)算機(jī)12。LED單色光源1、2、3通過(guò)傳光光纖5、入射光纖6與透射式光纖傳感器7連接,透射式光纖傳感器7通過(guò)出射光纖8與USB光纖光譜儀10連接，USB光纖光譜儀10通過(guò)USB數(shù)據(jù)傳輸線11與計(jì)算機(jī)12連接。圖2中,透射式光纖傳感器7,由入射光纖6,外殼13,光纖稱合器15,筒狀濾膜固定裝置14，吊環(huán)16，濾膜17，光纖耦合器18，出射光纖8組成。外殼13是一個(gè)四通結(jié)構(gòu)，橫向和縱向兩端都為外螺紋結(jié)構(gòu)；筒狀濾膜固定裝置14具有內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，與縱向兩端外螺紋相吻合。入射光纖6和出射光纖8分別通過(guò)光纖稱合器15和光纖稱合器18與外殼13連接和準(zhǔn)直，濾膜17通過(guò)筒狀濾膜固定裝置14固定在外殼13縱向兩端。一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置，其色度檢測(cè)的原理主要采用三波長(zhǎng)測(cè)量計(jì)算方法第一步按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T 11903-1989的鉬鈷比色法配制系列色度值已知的色度標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用所述的一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置測(cè)量各色度值已知的色度標(biāo)準(zhǔn)溶液的透射光譜，并取各色度值已知的色度標(biāo)準(zhǔn)溶液的透射光譜于595nm, 555nm, 445nm處的透過(guò)率1\、T2、T3,根據(jù)公式X = (O. 7833 X T1) + (O. 1974 X T3)Y = T2Z = 1.1822 X T3計(jì)算出各色度值已知的色度標(biāo)準(zhǔn)溶液的三刺激值X、Y、Ζ，再由三刺激值計(jì)算各色度值已知的色度標(biāo)準(zhǔn)溶液相對(duì)于光學(xué)純水的色差ΛΕ，利用回歸法建立色度與色差的關(guān)系式 C = f ( Δ Ε)；第二步對(duì)于待測(cè)水樣，采用所述的一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置測(cè)量其透射光譜，并取待測(cè)水樣的透射光譜于595nm，555nm, 445nm處的透過(guò)率1\、T2,T3，根據(jù)公式X = (O. 7833 X T1) + (O. 1974 X T3)Y = T2Z = 1.1822 X T3計(jì)算出待測(cè)水樣的三刺激值X、Y、Z，再由三刺激值計(jì)算待測(cè)水樣相對(duì)于光學(xué)純水的的色差ΛΕ，將其代入第一步建立的回歸關(guān)系式計(jì)算得出待測(cè)水樣的色度C。本發(fā)明實(shí)施色度檢測(cè)的工作過(guò)程如下將透射式光纖傳感器7用鋼絲或繩索連接吊環(huán)16放入待測(cè)水樣中并完全浸沒(méi)，由于透射式光纖傳感器7縱向兩端固定有濾膜17，進(jìn)入透射式光纖傳感器7內(nèi)的水基本不包括大顆粒雜質(zhì)。LED單色光源1、2、3發(fā)出的紅、綠、藍(lán)光通過(guò)光纖耦合器4進(jìn)入傳光光纖5、入射光纖6，經(jīng)光纖耦合器15耦合進(jìn)入透射式光纖傳感器7，光被透射式光纖傳感器7內(nèi)的水選擇性吸收后，經(jīng)光纖耦合器18進(jìn)入出射光纖8，傳輸至光纖耦合器9進(jìn)入U(xiǎn)SB光纖光譜儀10，USB光纖光譜儀10經(jīng)過(guò)分光和光電轉(zhuǎn)換，將采集數(shù)據(jù)通過(guò)USB數(shù)據(jù)傳輸線11傳送至計(jì)算機(jī)12，計(jì)算機(jī)12通過(guò)三波長(zhǎng)測(cè)量計(jì)算方法，計(jì)算獲得待測(cè)水樣的色度值。·
權(quán)利要求1.一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置，包括三個(gè)LED單色光源，透射式光纖傳感器，USB光纖光譜儀和計(jì)算機(jī)，LED單色光源通過(guò)光纖與透射式光纖傳感器連接，透射式光纖傳感器通過(guò)光纖與USB光纖光譜儀連接，USB光纖光譜儀通過(guò)USB數(shù)據(jù)傳輸線與計(jì)算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置，其特征在于所述三個(gè)LED單色光源分別發(fā)紅光、綠光和藍(lán)光。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置，其特征在于所述的透射式光纖傳感器包括入射光纖、外殼、出射光纖、濾膜、筒狀濾膜固定裝置和吊環(huán)；濾膜位于透射式光纖傳感器的縱向兩端，由筒狀濾膜固定裝置固定，濾膜孔徑為O.45 μ m ;入射光纖和出射光纖位于透射式光纖傳感器的橫向兩端,通過(guò)光纖I禹合器與外殼連接并固定準(zhǔn)直。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測(cè)裝置，包括三個(gè)LED單色光源，透射式光纖傳感器，USB光纖光譜儀和計(jì)算機(jī)，LED單色光源通過(guò)光纖與透射式光纖傳感器連接，透射式光纖傳感器通過(guò)光纖與USB光纖光譜儀連接，USB光纖光譜儀通過(guò)USB數(shù)據(jù)傳輸線與計(jì)算機(jī)連接。該裝置采用三波長(zhǎng)法計(jì)算獲得任意水樣色度，適用于工業(yè)污水、地表水和飲用水等水溶液的色度檢測(cè)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、反應(yīng)靈敏、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/27GK202710469SQ201220431159
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者沈?yàn)槊? 趙曉偉, 黃杰, 樓俊 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院