[发明专利]一种测量水质色度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水质监测领域，具体涉及一种利用HSV色度系统测量水质色度值的方法。

背景技术

污染会导致水体颜色的改变，尤其是纺织、印染、制革、造纸、制药、食品等工业的污染。因此，监控水质污染情况可以从测量水的色度入手，将色度作为监测水质的指标。

现行的水体色度的获取方法主要是依照国标《水质 色度的测定GB 11903 -89》测量水体的色度：“铂钴比色法”和“稀释倍数法”，这两种方法是通过人眼主观比对判定水的色度，不具有客观性，且“铂钴比色法”仅适用于判定黄色调水体的色度，不具有通用性。为解决客观测量色度的问题，研究者提出利用分光光度计测量水体吸光度，建立特征波长对应的吸光度与色度间的数值关系，从而测出水体色度值。然而颜色取决于水体对入射光在380nm～780nm可见光谱范围内的整体吸收情况，若简化为用某一特征波长的吸光度来表征，会产生同色异谱的问题。为解决该问题，研究者利用可见光波段的吸光度计算水体颜色的三刺激值，选取色度学中CIE XYZ和CIE L*a*b*色度系统定量表征颜色，分别建立色差值与“铂钴比色法”中的色度值和“稀释倍数法”中的稀释倍数之间的函数关系，实现水体色度的定量测量，并拓展到不同色调水体的测量中。该方法提出的CIE XYZ和CIE L*a*b*色度系统虽能和色度值、稀释倍数建立较好的数值关系，而人眼直观感知的是颜色的三属性（色度、饱和度和亮度），因此该方法对颜色和色度的表征不够直观。

发明内容

本发明针对目前水质色度测量方法存在的易受主观因素影响的问题、仅用单一特征波长计算色度易产生同色异谱的问题和采用的色度系统无法直观表征人眼感受的问题,提供一种对水质色度表征客观性和直观性强的测量水质色度值的方法。

本发明提供的测量水质色度值方法的技术方案包括以下步骤：

步骤1：将被测水体置入样品池，以卤素灯光纤光源、水体样品池和光纤光谱仪构成透射式测量系统，卤素灯发出光线耦合进光纤后入射至水体样品池，光线透射出待测水体样本后进入光纤光谱仪，光谱仪测得被测水体的透射光谱数据S(λ)；

步骤2：按式                                                

计算得到水体的颜色的XYZ三刺激值；其中，，为“CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”；

步骤3：按式  

将得到的被测水体的XYZ色度系统转换至RGB色度系统；

步骤4：按式

 转换至HSV色度系统，其中， V为亮度；S为饱和度，变化范围为0～1；H为色调，取值范围为0～2л；

步骤5：按式

 ，得到被测水体色调为H的水质色度值C。

与现有技术相比，本发明的技术方案的优点为：

1、本发明所提供的色度数据由光谱仪测得的光谱数据计算得到，为客观定量测量，解决了国标《水质 色度的测定GB 11903 -89》中“铂钴比色法”和“稀释倍数法”易受主观因素影响的问题。

2、本发明对水体透射光颜色表征采用HSV色度系统，相对于其他技术方案，HSV是一种直观的、与人眼感知特点相吻合的色度系统，且饱和度值S与标准色度水体的色度值C具有良好的线性关系，因此，可直接根据饱和度值计算水质色度值。

3、本发明采用光谱数据计算得到HSV三刺激值的方法，其中包括了色调值H，可用于测量不同色调的水体，解决了国标《水质 色度的测定GB 11903 -89》中“铂钴比色法”仅能用于测量黄色调水体的问题。

4、本发明采用光谱数据计算得到HSV三刺激值的方法，其中亮度为独立于色调H和饱和度S的单独分量，因此，测量时光源和环境亮度的不稳定不会影响色度值的计算，具有抗干扰性，提高了测量的稳定性、可靠性和准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于透射测量水体水质色度的光路示意图；

图2为本发明实施例涉及的色调-饱和度坐标系示意图；

图3为本发明实施例提供的标准溶液色度值与饱和度值的关系曲线图；

图4为本发明实施例提供的标准溶液色度值与水体色调值的关系曲线图；

图5为本发明实施例中涉及的在H-S颜色坐标系中表示标准色度溶液的饱和度值示意图；

图中，1、卤素灯光纤光源；2、水体样品池；3、光纤光谱仪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的阐述。

实施例1