[发明专利]一种光谱法水体环境在线测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及测控技术领域，具体说是一种测量装置，更具体说是一种便携式、低功耗的光谱在线测量系统。

背景技术

进入21世纪以来，随着经济的迅速发展，生态系统正承受着巨大压力，各类水体环境(江、河、湖、海)也遭受到了严重的破环。水体环境监测的核心内容是监测与分析水体的质量状况及其变化规律，为国家和各级政府开发、利用、管理与保护水资源提供科学依据。只有对待测的水质状况进行持续、自动、原位(in-situ)、在线(on-line)监测，并对数据同步传输、存储，才能使监测数据具有客观性、科学性，才能为各级环保部门的监督、管理与决策、污染治理等提供准确依据。

近几年来，发达国家已展开应用光学方法检测水体污染物含量的水质分析技术及仪器研究，基于光谱分析的水质多参数原位在线监测技术已成为国际热点技术。目前的水体有机物(如COD等)、营养盐(硝酸盐、亚硝酸盐等)的监测方法主要依靠化学试剂法、这些技术和方法难以满足复杂条件下(高浊度、多干扰)的高精度原位、在线监测需求。以COD为例，目前经典方法是高锰酸盐指数法(CODMn)和重铬酸钾回流法(CODCr)。此类分析方法不仅对现场操作人员的健康构成威胁，如果废液直接排放到环境当中，还会造成非常严重的二次污染。针对硝酸盐、铵盐的测量，也有采用离子选择电极的方式进行的，此种方法可以避免化学试剂法的步骤繁琐等缺点，但是由于海洋水体高盐度的特性，此类电极法的应用也受到了一定的限制。中国专利申请号为200510038331.5公开了一种光谱法非接触COD/DOC水质在线监测方法及装置，光路中依次设有低压汞灯光源,调制盘,紫外滤光片和可见滤光片,分束片、光电倍增管。利用光束穿过自由落体水流,测量穿过水流后可见光和紫外光的吸光度,并通过可见光和紫外光吸光度的差值反演出水中COD的值。该专利采用光源“通过45°分束片分成两路光束，其中一路作为参考光路反射折向90°方向，通过反射镜，分束片到光电倍增管；另一路作为测量光路透射后经调制盘，通过匀速稳定的待测水帘，透过分束片被光电倍增管接收”，这种结构由于采用分束片分光，光学系统复杂，其主要缺点有二：一、多个光学元件，在震动情况下对光学系统影响较大；二、采用调制盘、倍增管等元件，体积较大，难以实现原位监测。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述方法的缺点，实现水体参量(硝酸盐、浊度、COD)的实时、在线测量，本发明的目的在于提供一种基于光谱吸收技术，无需化学试剂，几乎不用维护，且不易受到外界干扰性能优异，使用方便的光学法探头式在线测量装置，本发明的技术方案如下：

一种光谱法水体环境在线测量装置，包括防护腔体，所述防护腔体内设置控制器、光源、探测器、参考探测器、反射探头、连接各部分的一体化光纤，所述防护腔体前端连接流通池，流通池一端安装有石英滤光片，另一端安装有反射镜；所述控制器的输出端与光源、探测器相连；所述光源模块发出的连续脉冲光经Y型光纤一分为二，分别作为测量光源和参考光源；参考光源经参考光纤连接参考探测器，参考探测器把参考光学信号转化为参考电信号导入到控制器；测量光源进入到反射探头内，反射探头发出的检测光透射进流通池后，再照射到反射镜上，经反射镜反射的反向反射光再透射过流通池返回到反射探头内经过接收光纤进入到探测器，探测器进行光电信号转换后输送到控制器。

所述光源采用紫外-可见波段的连续光源，采用氙灯作为光源。

为减小体积，保证震动时光路的稳定性，实现原位监测，所述测量光源模块、参考光源模块、光谱采集模块通过一体化设计的光纤结构单元连接成一体。

所述反射探头为接收光纤和5根发射光纤在反射探头内合为一束而集成的，所述接收光纤位于中心，5根发射光纤环绕接收光纤。

所述流通池中间开孔，一端通过螺纹与防护腔体相连，另一端为镀铝紫外增强反射镜。

采用电池供电模式。

本发明具有以下的特点和有益效果：

1.探测机理采用光学方法进行探测，不需要化学试剂，几乎不用维护，简便实用，系统带有蓄电池，可以手持式操作，现场观测测量结果，也可以通过远程通讯接口，进行数据自动采集与传输，适用于长期无人值守监测；

2、本发明装置的光学传输部分将发射单元和接收单元设计成一体化光纤结构，并采用同一种光源，通过光纤分配，一路光纤作为参考，另一路作为检测，可以有效消除光源老化等波动带来的影响，具有更好的光学稳定性；此外，采用本发明的光纤结构，具有很好屏蔽作用，保证光传输过程中的稳定性。