[发明专利]基于光电效应的可补偿的供水管道生物膜在线监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光电效应的可补偿的供水管道生物膜在线监测装置及方法。

背景技术

随着经济的发展及生活水平的提高，人们对水质安全的要求也日益提高。作为水质安全的一个重要方面，城市供水管网中生物稳定性及安全性问题越来越受到人们的关注和重视。

给水管网是联系水厂和用户之间的纽带。在饮用水经给水管网运输过程中，给水管网相当于一个巨大而复杂的反应器，微生物在管道内、管壁上生长、繁殖，会造成加速管道腐蚀和产生恶臭等问题，在一定条件下，附着在管壁的生物膜还会脱落进入水体，造成管网饮用水细菌指标超标，严重的，还会引起大范围传染性疾病的爆发。因此研究给水管网生物膜及其中的微生物生长对防止管网二次污染，保障饮用水安全具有重要意义。

目前，监测研究供水管道生物膜生长脱落状况常用的方法是培养一段时间后对生物膜进行采样研究。这种方法一方面无法对生物膜的整个生长过程进行连续、系统的研究，另一方面，由于是破坏性试验，也难以得到真实原位研究数据，而且采样过程中也容易带入人为干扰因素，影响研究结果。为解决以上问题，提出在供水管道上埋设光纤发射探头和接收探头来连续在线观测供水管道生物膜生长，是一种新型手段。

然而，在以上基于光电效应的生物膜在线监测装置应用过程中，由于负责观测的光纤探头需要埋设在供水管道内部，在观测供水管道生物膜生长的过程中，光纤探头表面也生长了生物膜，对光信号强度产生影响。为此，提出了基于光电效应补偿的生物膜在线监测方法和装置。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于光电效应的可补偿的供水管道生物膜在线监测装置及方法。

基于光电效应的可补偿的供水管道生物膜在线监测装置包括发光系统、光纤、监测系统、光电效应系统、补偿电路系统、电路、显示器；两个发光系统通过光纤与监测系统连接，监测系统通过光纤与光电效应系统连接，光电效应系统通过电路与补偿电路系统连接，补偿电路系统再通过电路与电脑显示器连接；发光系统包括发光管和光耦合器，监测系统有三种光纤探头，分别是发射接收合一探头、发射探头、接收探头，皆由固定装置固定在管壁上，光电效应系统包括两组通过电路顺次相连的光耦合器、CCD图像传感器、放大器，补偿电路系统包括两个A/D转换器分别与减法器连接；一发光系统的光耦合器与发射接收合一探头以及光电效应系统的一光耦合器连接，另一光系统的光耦合器与发射探头连接，接收探头与光电效应系统的另一光耦合器连接，光电效应系统一放大器与补偿电路系统一A/D转换器连接，光电效应系统另一放大器与补偿电路系统另一A/D转换器连接。

所述的发光管发射的是625nm红光。所述的光纤为CCD图像传感器配套的海洋反射光纤。所述的发射接收合一探头既能发射625nm的红光又能接收其反射光。所述的发射探头只能发射625nm的红光而不能接收反射光。所述的接收探头只能接收透射光。所述的发射接收合一探头、发射探头、接收探头具有相同材质、相同直径及相同埋设时间。

基于光电效应的可补偿的供水管道生物膜在线监测方法：装置开启后，两个发光管同时平行发出625nm的红光，一束是监测光，另一束是补偿光，监测光用于监测生物膜的生长、脱落状况，补偿光用于补偿环境因素变化造成的影响，监测光经光纤从发射接收合一探头照射到管壁的生物膜上，形成的反射光再途经该探头、光纤传送到光电效应系统，光信号转变成模拟电信号，模拟电信号经放大器放大后再由A/D转换器转换成数字信号，同时，补偿光经光纤从发射探头直接照射到接收探头上，接收探头将接收的光信号通过光纤传送到光电效应系统，光信号转变成模拟电信号，模拟电信号经放大器放大后再由A/D转换器转换成数字信号，两种数字信号再经过减法器处理后统一成一种数字信号由显示器输出，得到真实的生物膜在线监测数据信号。

本发明的优点有：1）对生物膜进行原位在线监测，响应快、干扰少；2）能够直观地、连续地监测生物膜的生长脱落过程；3）环境因素造成的影响可补偿，稳定性好、准确度高。

附图说明

图1是基于光电效应的可补偿的供水管道生物膜在线监测装置结构示意图；

图中：发光系统1、光纤2、监测系统3、光电效应系统4、补偿电路系统5、电路6、显示器7、发光管8、光耦合器9、固定装置10、发射接收合一探头11、发射探头12、接收探头13、CCD图像传感器14、放大器15、A/D转换器16、减法器17。

具体实施方式