[发明专利]一种非接触式地表水水质检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触式地表水水质检测装置，属于水质检测技术领域。

背景技术

河流、湖泊、池塘、供水水库等地表水中叶绿素a浓度、藻青蛋白浓度、有色可溶性有机物、悬浮物以及透明度等参数是地表水常规水质检测的重要水质参数，这些水质参数关系到饮用水、水产养殖、工业生产、环境污染等水质安全问题。上述地表水水质参数检测的通常方法是现场取样，将样品带回实验室利用实验室分析设备进行检测，这种方法的缺点是消耗时间多、成本高、检测频率低，在一些突发水质安全事件中反应滞后。一些便携式水质检测设备可在现场使用，虽然效率有了很大的提高，但是也需要取样，操作繁琐，采用化学方法的还需要使用化学试剂，会造成二次污染。

光学方法是目前水质检测最先进的方法，特别是基于连续光谱的方法，可同时测量多个水质参数，具有检测速度快、无二次污染等优点。但是现有的水质检测方法都是接触式的，如在线式水质检测，利用取样器将被测水样送到光学传感头处进行光学检测；浸没式传感头可将传感头直接放置在水中，效率大大提高，但由于是传感器放入水中测量，水中物质会对传感头造成污染，使测量的准确性降低，维护也不方便。如果采用非接触式光学测量，将会避免传统化学检测方法遇到的诸多问题，还能避免现有光学检测方法中水对光学传感器污染的问题，使得测量更加方便、快速。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种非接触式地表水水质检测装置，能够实现非接触式光学水质检测，可同时检测叶绿素a、有色可溶性有机物、藻青蛋白浓度、悬浮物、透明度等多个参数，具有准确、非接触、快速、方便、低成本的优点。

本发明的技术方案是：

一种非接触式地表水水质检测装置，包括光谱采样头、光纤准直器、光路选通器、分叉光纤和微型光谱仪，所述光谱采样头有多个，每个光谱采样头通过光纤与光纤准直器连接，光纤准直器与分叉光纤的各会聚镜头在光路上一一对应，光路选通器位于光纤准直器与会聚镜头之间，光路选通器具有围绕旋转轴旋转的选通通道，使选通通道在旋转的过程中可以将其中的一对光纤准直器和会聚镜头之间的光路导通，而将其他的对接光纤准直器和会聚镜头之间的光路阻断；所述分叉光纤的主光路与微型光谱仪连接。

所述的光路选通器，有三个可选通通道，用来选择三个光谱采样头输入的光束，每次选通一个通道，选通的通道光束可通过，并耦合进分叉光纤到达微型光谱仪，光谱仪可测得选通通道的光谱数据。还包含一个挡光状态。

所述的分叉光纤，一端有三个光纤头，另一端有一个光纤头，三个光纤头的一端每个光纤头上均有一个会聚透镜，将入射光束耦合进光纤，一个光纤头的一端有连接口可以直接与微型光谱仪连接。带有会聚透镜一端的三个光纤头分别于光谱采样头三个准直镜头光轴对准，通过光路选通器每次采集一个光谱采样头的光谱。

所述的微型光谱仪，光谱范围覆盖380nm～780nm，并且在该谱段具有较高的光谱灵敏度。

进一步的，所述光谱采样头，包括：

一个余弦采集器，朝向正上方，用于采集方位角180°、高低角0°～90°范围内的天空连续光谱辐照度，余弦采集器采集的光束直接导入光纤，在光纤的另一端与一个光纤准直器连接；

一个测量天空下行连续光谱辐亮度的接收镜头，前端为一个视场角为3°的会聚镜头，光轴指向斜上方，高低角为45°，方位角为正前方，会聚镜头将入射光会聚进光纤，光纤的另一端与一个光纤准直器连接；

一个测量水面上行连续光谱辐亮度的接收镜头，前端为一个视场角为3°的会聚镜头，光轴指向斜下方，高低角为-45°，方位角为正前方，会聚镜头将入射光会聚进光纤，光纤的另一端与一个光纤准直器连接。

三个光纤准直器围绕光路选通器的旋转轴呈三角形分布。

还包括嵌入式计算机，所述微型光谱仪与嵌入式计算机连接，所述光路选通器与所述嵌入式计算机连接，并受嵌入式计算机的指令控制旋转选择光路通道。

所述光路选通器的旋转轴通过步进电机驱动。

进一步的，还包括触控显示屏，触控显示屏与所述嵌入式计算机连接。触控显示屏用于使用者的人机交互和测量结果显示。

进一步的，还包括移动电源，对微型光谱仪、嵌入式计算机和触控显示屏供电。移动电源采用锂离子电池，一次充电可供设备连续工作至少五小时。

进一步的，定位器和取景摄像头，定位器和取景摄像头分别与嵌入式计算机连接。