[实用新型]一种用于水质分析仪表的移动式参比光路装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种参比光路装置，特别是一种用于水质光学分析仪表的光路参比装置。 

背景技术

所述水质光学分析仪表被广泛用于测量水体中特定化合物（通常为有机物）的浓度，其工作机制是利用紫外—可见（UV）波段（200-800nm）的连续光谱光束照射水体时，其能量会被其中各种有机物分子选择性吸收的原理，通过测量水样的UV吸收光谱强度、荧光发射强度或拉曼散射光谱强度，再由复杂的数学模型计算获得水样中有机物综合指标的测量值。在这种工作原理的测量装置中，除了光源、光敏传感器、水样采样装置等物理光学检测设备和嵌入式计算机数据处理单元外，排除了所有化学反应过程，因此不再需要任何化学反应设备，从而从性能上克服了传统的水质化学分析仪表的一系列缺陷，具有分析速度快（一般为100min数量级）、无试剂（及其可能带来的试剂排放造成的二次环境污染）、设备结构简单、免维护、设备安装所需场地环境要求较低，设备建设投资和设备维护成本均较低的优点，因而特别适用于无人值守的大范围在线水质分析、环境污染监测。中国发明专利CN101275905A《一种多源光谱融合便携式水质分析仪》给出了此类水质光学分析仪表的一个典型实例。 

在此类仪表的使用过程中，光电器件的性能漂移（如仪表光源随使用时间延长而发光强度衰减，以及光敏传感器在工作过程中由于温度变化产生的基线漂移），是导致仪表测量精度下降的主要干扰因素。因此，如何减小和消除由于上述干扰因素造成的测量误差，是保证水质光学分析仪表在长期使用过程中的测量精度的关键技术之一。 

中国发明专利CN101539521A《一种带有光纤参比光路的恒温荧光检测仪》给出了一种采用光学狭缝、光束分束板和光电倍增管的参比光路实现方法，以消除光源瞬时抖动和光强衰减对检测结果的干扰。但光学狭缝和光束分束板均会显著削弱水样入射光的能量密度，导致在弱信号条件下的测量结果信噪比显著下降，如需提高信噪比则需采用大功率的光源；而为放大微弱信号采用光电倍增管，则不能给出测量结果的光谱分布曲线，此外光电倍增管作为光敏传感器在工作过程中的基线漂移误差无法通过该方法消除。因此上述方法存在局限性。 

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术在实现参比光路时测量信号强度削弱过多、信噪比降低的问题，而提供一种新的参比光路结构。其特点是采用双槽移动式样品池设计，在水样测量过程中依次获取水样光谱信号和参比光谱信号，然后通过计算消除被测水样入射光强度波动对测量结果的干扰。本实用新型无需借助光学狭缝和光束分束板凳光学器件来获取参比信号，在消除由于光电器件的性能漂移造成的测量误差时不影响测量结果的信噪比，并可广泛适用于水样的连续光谱分布曲线的获取。 

在现有的水样中有机物浓度的光学分析过程中，为了消除水分子本身的光谱对水样中特定化合物光谱有效信号的干扰，通常均需在仪表运行前使用纯水水样进行“零点校正”，即保存该纯水水样的测量光谱，以便在后续的水样光谱测量过程中，通过计算扣除纯水光谱的影响，获取水样中特定化合物的有效光谱信号。 

根据水质光学分析仪表的上述工作机制，本实用新型的技术方案是：将仪表的样品池部件设计为双槽移动式结构，其中一个样品槽用于存放可更换的被测样品，另一个样品操用于存放永久性封存的纯水参比样品；样品池部件整体可在控制器指令下通过电力驱动相对于光源和光敏传感器做往复运动，依次将被测样品和纯水参比样品定位在由光源和光敏传感器组成的光学测量通道上。 

水质光学分析仪表每次进行样品测量时，其内部的控制器首先指令移动式样品池部件将纯水参比样品定位于测量光路上，并获取纯水参比光谱；然后指令移动式样品池部件将被测样品定位于测量光路，获取被测水样光谱。最后在上述光谱获取结果的基础上，通过计算扣除纯水光谱的影响，获取水样中特定化合物的有效光谱信号。 

由于仪表每次测量时，通过移动式样品池依次获取纯水参比光谱和被测样品光谱的间隔时间很短（通常在10^-1—10⁰s数量级），因此可将在此间隔时间内的光源和光敏传感器等光电器件的性能漂移增量视为零。从而当通过计算，从被测样品光谱中扣除纯水光谱的影响时，由于光电器件性能漂移造成的纯水参比光谱测量误差和被测样品光谱测量误差互相抵消，因此有效降低和消除了光电器件性能漂移对水样中特定化合物的有效光谱信号的影响。