一種一體化探頭式光電水質(zhì)多參數(shù)在線測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及在線原位檢測設(shè)備，具體說是一種水質(zhì)在線原位測量系統(tǒng)。
技術(shù)背景
[0002]伴隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，經(jīng)濟騰飛，生產(chǎn)力增加，我國的水體水質(zhì)環(huán)境也遭受到了嚴(yán)重的破壞。工業(yè)廢水排放、通航增加及石油泄漏等原因引起水體富營養(yǎng)化及烴類含量增加，導(dǎo)致水體中浮游植物過量，引起近些年近海水域赤潮頻發(fā)，并且過量的浮游植物耗盡水中的溶解氧，導(dǎo)致大量水中生物頻繁死亡等。在水產(chǎn)養(yǎng)殖、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生和科學(xué)研宄領(lǐng)域中，需要實時掌握水體中的各項參數(shù)變化情況，以便進行監(jiān)測和控制。傳統(tǒng)的化學(xué)方法依賴于化學(xué)反應(yīng)，很難徹底擺脫復(fù)雜結(jié)構(gòu)、消耗試劑、易造成二次污染等固有不足，并且測量周期長，越來越難以滿足社會發(fā)展的需要。光譜法不需要任何化學(xué)試劑，對水質(zhì)本身沒有影響，而且不需要對水樣進行預(yù)處理，直接測量，檢測速度快，避免了繁瑣的步驟。目前光譜法測量水體水質(zhì)的儀器基本被西方發(fā)達國家壟斷，與其相比，我國的光譜法水體水質(zhì)環(huán)境探測、傳感器技術(shù)落后，缺乏價格合理、可分析參數(shù)全面、實時、快速、精確的自主知識產(chǎn)權(quán)的傳感器分析儀器，這種局面嚴(yán)重制約了對水體水質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測與控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述方面的缺點，實現(xiàn)全面、實時、快速、精確測量水質(zhì)藻類濃度、烴類含量、濁度各項參數(shù)變化情況，提供一種基于多波段熒光技術(shù)和散射測量技術(shù)，無需依賴于化學(xué)反應(yīng)，幾乎不用維護，且不易受到外界干擾，使用方便的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)。利用水體中藻類、烴類和濁度對光的熒光特性和散射特性，反演出水體中各參數(shù)的濃度。本發(fā)明的光源是一種新型的復(fù)合光源，主要由三類光源優(yōu)化組合而成。復(fù)合光源由控制電路統(tǒng)一控制，復(fù)合光源的LED(發(fā)光二極管)陣列組分由多個不同波長的LED光源組成，用于測量藻類濃度并進行分類；復(fù)合光源的LED和LD (激光二極管)組分包括一個用于測量烴類的LED光源和一個用于測量濁度的LD光源。復(fù)合光源采用一體化結(jié)構(gòu)，密封在一個金屬殼體內(nèi)，并做了耐壓防水處理。不同波長光源發(fā)射入射光進入待測樣品中，在其光路垂直方向獲取熒光及散射信號。通過獲取的不同信號與水質(zhì)中成分之間的關(guān)系反演出待測樣品中各參數(shù)的具體濃度。
[0004]具體技術(shù)方案如下:
[0005]一種一體化探頭式光電水質(zhì)多參數(shù)在線測量系統(tǒng)，其特征在于:包括控制與數(shù)據(jù)采集單元和光學(xué)系統(tǒng)單元；
[0006]所述控制與數(shù)據(jù)采集單元包括上位機、控制與數(shù)據(jù)采集單元、采集器件；
[0007]所述光學(xué)系統(tǒng)單元包括光源和光路及濾光系統(tǒng)，光源包括左光源和右光源，左光源為一組多個不同波長的LED光源組成的LED陣列；紫外LED光源和近紅外LD光源組成右光源；上位機通過控制與數(shù)據(jù)采集單元控制光源發(fā)出所需的不同波長光照射待測水體，激發(fā)待測水體物質(zhì)發(fā)出熒光及散射光信號；
[0008]濾光系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)式自動濾光片切換系統(tǒng)，所述旋轉(zhuǎn)式自動濾光片切換系統(tǒng)通過控制步進電機轉(zhuǎn)動來帶動旋轉(zhuǎn)濾光片轉(zhuǎn)動，根據(jù)激發(fā)信號的不同，由上位機控制選擇不同的濾光片進行濾光，光信號通過濾光片后到達采集器件，采集器件用來將熒光及散射光信號快速采集；
[0009]上位機根據(jù)采集器件獲得的散射光信號進行濁度補償，結(jié)合熒光信號反演出藻類及烴類濃度。
[0010]所述左光源為呈環(huán)形分布的低功耗LED陣列，光源的波長范圍為370nm — 650nm，所述LED陣列和凹槽側(cè)面垂直安裝于探頭內(nèi)；右光源為LED和I個LD組合光源，此組兩個光源也與凹槽側(cè)面垂直，并排安裝于探頭另一側(cè)；紫外LED燈用于激發(fā)烴類發(fā)出熒光信號，近紅外LD燈用于激發(fā)水體獲得濁度信號，待測水體的范圍包括淡水、海水等各類水域。
[0011]整個浸入式探頭結(jié)構(gòu)包括電纜接頭、外殼、控制與數(shù)據(jù)采集單元、步進電機、旋轉(zhuǎn)濾光片、采集器件、上透鏡、上視窗、待測水體、左視窗、左透鏡、左光源、右視窗、右透鏡、右光源、溫度傳感器、壓力傳感器、進水孔；所述光路分兩路，一路為370nm-650nm的多個LED陣列，另一路為I個紫外LED和LD ;多個發(fā)光二極管陣列發(fā)出的光經(jīng)左透鏡和左視窗照射待測水體；另一路光經(jīng)過右透鏡和右視窗照射待測水體；激發(fā)光信號經(jīng)其入射90°方向的上視窗、上透鏡和旋轉(zhuǎn)濾光片被采集器件采集。
[0012]濾光系統(tǒng)為旋轉(zhuǎn)式自動濾光片切換系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)濾光片包括基體、濾光片A、濾光片B、旋轉(zhuǎn)軸、圓孔；步進電機通過旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)濾光片相連，通過步進電機轉(zhuǎn)動帶動旋轉(zhuǎn)濾光片轉(zhuǎn)動。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0014]1、采用光譜法不需要任何化學(xué)試劑，對水質(zhì)本身沒有影響，而且不需要對水樣進行處理，直接測量，檢測數(shù)據(jù)快，避免了繁瑣的步驟。
[0015]2、米用LED和LD組成復(fù)合光源，可激發(fā)焚光及散射光信號，同時完成對水質(zhì)中多種藻類的分類及濃度檢測、烴類的含量以及濁度的在線檢測。同時具備濁度補償功能，根據(jù)測量散射光信號對藻類及烴類進行濁度補償，實現(xiàn)實時、快速、精確了解水質(zhì)各項參數(shù)變化情況。
[0016]3、可根據(jù)實際需要單獨選擇所需光源進行單獨精確檢測，滿足不同環(huán)境監(jiān)測的需要。
[0017]4、濾光片自動切換，由于采用復(fù)合光源對水體進行照射，同時測量多個參數(shù)，激發(fā)的光信號不同。通過控制步進電機轉(zhuǎn)動來帶動旋轉(zhuǎn)濾光片轉(zhuǎn)動，根據(jù)激發(fā)信號的不同，選擇合適的濾光片對激發(fā)光信號進行濾光，以減少其他光信號對測量參數(shù)的影響；
[0018]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0019]一體化探頭式水質(zhì)多參數(shù)在線監(jiān)測方法與系統(tǒng)，采用光譜法測量，可實現(xiàn)對水質(zhì)直接測量，檢測速度快，避免繁瑣的步驟，同時不需要化學(xué)試劑，避免對水質(zhì)的二次污染。采用復(fù)合光源作為光源，可獲取熒光及散射光信號，同時完成對水質(zhì)中多種藻類的分類及濃度檢測、烴類的含量以及濁度的在線檢測，實現(xiàn)實時、快速、精確了解水質(zhì)各項參數(shù)變化情況。提高環(huán)境部門對水質(zhì)各項參數(shù)的監(jiān)測技術(shù)水平，為有效預(yù)防水體污染提供有力的技術(shù)支撐?！靖綀D說明】:
[0020]圖1是浸入式探頭的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是旋轉(zhuǎn)濾光片的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是左光源正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是右光源正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明裝置的工作流程示意圖；
【具體實施方式】
[0025]參見圖1-圖5，本發(fā)明包括控制與數(shù)據(jù)采集單元和光學(xué)系統(tǒng)單元。控制與數(shù)據(jù)采集單元包括上位機、控制與數(shù)據(jù)采集單元、采集器件，光學(xué)系統(tǒng)單元包括光源和光路，光源采用復(fù)合光源。
[0026]復(fù)合光源包括左光源12和右光源15，左光源12為一組多個不同波長的LED光源1201 —1206組成的LED陣列，紫外LED光源1501和近紅外LD光源1502組成右光源15，上位機通過控制與數(shù)據(jù)采集單元3控制光源發(fā)出所需的不同波長光照射待測水體，激發(fā)待測水體物質(zhì)發(fā)出熒光及散射光信號；
[0027]濾光系統(tǒng)設(shè)計成旋轉(zhuǎn)式自動濾光片切換系統(tǒng)，通過控制步進電機4轉(zhuǎn)動來帶動旋轉(zhuǎn)濾光片5轉(zhuǎn)動，根據(jù)激發(fā)信號的不同，選擇合適的濾光片進行濾光，光信號通過濾光片后到達采集器件6，采集器件6將熒光及散射光信號快速采集；
[0028]采集獲得的光信號通過數(shù)據(jù)處理模塊完成對所需數(shù)據(jù)的處理，最后在上位機上顯示出需要的信息。
[0029]所述左光源12為呈環(huán)形分布的低功耗LED陣列，光源的波長范圍為370nm-650nm ；LED范圍可以根據(jù)需