[发明专利]用于水质在线监测的紫外光电微型传感器装置及监测方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种监测水质污染指标的方法和利用这种方法工作的水质污染指标监测装置，用于水质污染监测和污染处理领域。

二、背景技术

水质污染的变化，将严重影响水生生物的生长和平衡，因此监测水质污染指标的变化显得非常重要，已经广泛应用到环保监测、生产流程污染监控等各个领域，但是由于国家标准方法(GB11914-89)中COD的测试方法存在测试时间较长，操作复杂，需要预处理，化学试剂二次污染等问题，使得快速检测困难重重。利用水体的紫外光吸收图谱进行测定，可以实现对水体污染指标准确测试的目标，但是传统的紫外检测装置体积庞大，难以实现多点在线监测。现有的在线监测仪器又由于通常使用单一波长(通常采用低压汞灯的254nm波长)的检测方法，不足之处在于有些有机化合物在254nm处没有吸收，使得检测数据与实际数据偏差较大，因此，实现水质污染的在线快速、准确监测显得尤为重要，

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种可以快速、准确测量水质污染指标的方法以及利用这种方法工作的水质污染指标监测装置，这种监测的方法可以在线、实时、准确显示监测指标的动态变化。

本发明提供的水质在线监测装置，用于在线监测的紫外光电微型传感器装置，它包括紫外光源1，紫外探测器2，待监测的水流样品置于紫外光源1和紫外探测器2之间，数据采集与发送模块、源、支架和密封罩所组成，其中紫外光源与紫外探测器固定在支架上，紫外光源的两端通过导线与电源相连接，紫外探测器的两端通过导线与数据采集与发送模块相连接，部件被封装在密封罩内。紫外探测器由GaN基肖特基型紫外探测器组成，其响应窗口与上述LED的中心波长相对应；数据采集与发送模块由单片机组成，所述的紫外光源为多个紫外LED光源，波长覆盖200nm到400nm的整个区间。如紫外光源由6个紫外LED组成，典型的中心波长分别为220nm，255nm，280nm，300nm，365nm，400nm；  数据采集与发送模块主要是AD和单片机系统，可包含数据采集与发送两个功能。

采用6个LED光源进行监测的优点明显，相比传统的低压汞灯254nm单波长监测方法，其监测范围不仅覆盖了整个紫外波段，能计及所有在紫外波段具有吸收的有机污染物对COD等参数的贡献，而且其中400nm LED光源用于浊度补偿，能对吸收强度进行校正。这样，采用6个LED光源进行监测，其结果更准确可靠。LED的工作电压为6-8V，电流为30-80mA，通过恒流源电路定时驱动，每次点亮LED一分钟后进行紫外探测器的数据采集，数据采集完成后自动熄灭。

所述的密封罩为石英玻璃和塑料等材料封装，可以防水和防腐蚀。

本发明提供的水质在线监测方法：基本原理是通过收集样品的光谱数据和水质基础数据，采用化学计量学的方法进行计算并建立数学模型，最后利用建立的数学模型和被测样品的光谱图预测出被测对象的相关参数，针对不同的水质与污染指标，建立光谱数据与被测对象的函数关系，将多种水质基础数据模型及光谱数据与污染指标函数关系预置在数据采集与发送模块中。

步骤如下：建立光谱数据与被测对象的函数关系，将多种水质基础数据模型及光谱数据与污染指标函数关系预置在服务器8中；紫外光源1为多个LED光源，波长离散分布在200nm至400nm区间，多个紫外探测器2可以准确测定对应波长处的吸光度；数据采集与发送模块3得到此多个离散的吸光度数值后发送给服务器8，服务器选择对应的模式与预置的基础数据拟合得到200nm至400nm区间的光谱数据，调用预置的对应函数关系得到被测对象的相关参数。不同波长的紫外光对不同被测对象参数的敏感性不同，多个波长又可以反应不同波段对同一参数的响应情况，因而可以实现多参数、准确的测量。

本发明有益效果是：根据本发明的水质污染指标在线监测方法而设计的监测装置，可以实现快速、便捷、准确、大面积区域的实时在线动态监测，可以实现不同条件下的测量，可以监测指定监测地点的水质污染指标；因此，在水质环境监测、治理，科学研究，工业应用等领域有广泛的应用前景。在于该测量系统的体积小巧、功耗低、成本低，可以置入水下，能实现便捷、安全的户外大面积区域的多点测量。

四、附图说明

图1是本发明水质污染指标在线监测装置的结构示意剖面图。

1-紫外光源、2-紫外探测器、3-数据采集与发送模块、4-电源、5-支架、6-导线、7-密封罩、8-服务器。

图2为吸光度与待测项目函数相关参数获取算法流程图

图3为具体水质在线监测算法流程图

五、具体实施方式