[发明专利]一种基于时间相关单光子计数的非门控液体浊度测量装置的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于时间相关单光子计数的非门控液体浊度测量装置的测量方法，属于环境监测技术领域。

背景技术

浊度(Turbidity)是衡量水质的综合指标，同时也是监测水污染和水体富营养化的一项重要指标。目前，各国广泛将浊度作为水净化效果好坏的标志。虽然水中的无机物、泥砂不一定直接有害健康，但它们能吸附细菌、病毒及寄生虫，是一种潜在的不安全因素。有资料表明，随滤后水的浊度增加，病毒性传染病发病率有增大倾向。美国国家环保(USEPA)进行的研究表明，将出厂水浊度降至0.5NTU，可大大降低原虫的传播，而浊度低于0.3NTU，原虫去除率达99％，当浊度低于0.1NTU时，去除率甚至可高达99.9％[1]。因此，随着生活水平的不断提高，人们对饮用水低浊度的要求也越来越高。

然而，当液体浊度越低，测量时其散射光强也越弱，因此，常用的低灵敏度探测器，如光电倍增管、真空二极管、硅二极管以及硫化镉光导体等[2]都难以满足低浊度液体精确测量的要求，同时在使用时还需要复杂的多级放大电路，以检测微弱的信号，这必将引入非线性误差，影响测量精度。另外，其复杂的电路系统以及耗时的微弱模拟信号处理过程也将导致系统测量的实时性受限，例如，美国HACH公司推出的1720E型浊度仪，测量时间为1-5分钟，很难实现实时在线测量[3]；另外，HACH公司于80年代末推出一款2100A型实验室浊度仪，其运用钨卤灯作为光源，测量范围为0-1000NTU，测量精度可达0.01，但是由于采用了多个用于接收光束的硅光二极管，从不同角度接收散射光信号，其结构十分复杂，难以小型化[4-7]；与美国、英国、法国、德国、日本等发达国家相比，国内的溶液浊度检测技术研究起步较晚，技术性能与国外浊度检测技术有着非常大的差距。目前，国内常用的溶液浊度检测装置一般是基于浊液的散射光特性进行分析，但是由于光强信息的转化方式以及对转化结果的分析方法的不准确，导致测量结果精度低，稳定性与实时性差，很难适用于对指标要求较高的低浊度溶液实时检测的应用领域。例如，刘建国等公开了一种门限式激光液体浊度测量装置和测量方法[8]，其光电探测器采用了高灵敏度雪崩光电探测模块，能探测较微弱的光信号，但仍存在以下几个问题：首先，上述测量方法采用了门控式的测量装置，需要延时模块以及门控信号，在实际测量时需要精确调节延时模块寻找被测信号，因此，系统结构复杂且操作不便；其次，上述测量方法的光电传感器件输出为微弱的皮安级电流信号，需要精密的电流电压转换以及放大电路，系统的灵敏度与精度受限；最后，上述测量方法未采用基于统计原理的时间相关的方法，因此测量结果稳定性较差。

综上所述，国内外的各种浊度测量系统结构复杂，体积较大，很难同时兼顾高精度与实时在线检测；同时，国产浊度计低的测量精度和差的实时性，均很难与国外类似产品的性能相比较，因此设计一种具有自主知识产权的高精度、高灵敏度、快速实时的液体浊度在线测量系统是本发明需要解决的一个关键内容。

现有技术参考文献：

[1]《城市供水水质标准》CJ/T206-2005讲读http://www.gaomi.gov.cn/News.Asp？Id＝12448

[2]Sadar,M.J.Understanding Turbidity Science,Technical Information Series,Booklet11；HachCompany,Loveland,CO,USA,1996.

[3]Hach Company,1720E Turbidimeter User Manual,

http://www.hach.com/1720e-low-range-process-turbidimeter-turbidity-sensor-only/product-downloads？id＝7640457219&callback＝bc(2013)

[4]Hach Company,2100-N laboratory turbidimeter application instruction.

[5]Hach Company,2100-AN laboratory turbidimeter application instruction.

[6]Hach Company,2100-NIS laboratory turbidimeter application instruction.