[发明专利]一种管道式全光谱水质检测装置及其方法

说明书

一种管道式全光谱水质检测装置，包括用于全光谱采集的光谱仪，所述检测装置还包括：用于安装于管道的基于光纤的反射式探头；用于提供紫外光和可见光的氙灯光源；用于同步光源、光谱仪、水路的协同工作模块；用于水路控制和清洗的可控水路管道；用于放置光谱仪与氙灯光源的恒温箱；用于光谱数据处理、水质指标显示的数据处理与显示模块。以及提供一种管道式全光谱水质检测方法。本发明可以同时测量多种水质参数，基于工业现场的管道式安装易于维护、自清洗能力强探头不易污染、光谱仪与光源等其他电子设备在恒温箱放置实现‑20℃～60℃下可靠运行；利用PCA降维与BP神经网络学习的方法，对全光谱数据实现多种混合物质的快速可靠测量。

技术领域

本发明属于水质检测领域，具体涉及一种管道式安装的全光谱水质检测装置及其方法。

背景技术

随着光谱技术的不断发展，基于光学的水质分析仪器发展迅速。不同的化学物质对不同波长的光吸收强度不同，大多数物质都有对应确定的紫外可见吸收光谱。吸收谱体现了物质的特性，这是全光谱水质检测的基础，进而进行定性和定量的分析。目前市场上的光学水质分析仪器多采用单波长或者双波长进行测量，当水中污染物复杂时，不能有效排除干扰物质的影响，数据结果往往不够可靠，使得这种仪器应用范围窄。全光谱法则是测量紫外乃至可见的波长范围，能够同时测量多种参数，例如硝酸盐、亚硝酸盐、浊度、色度、COD等。

工业生产现场，往往需要管道式安装，便于配合流水线工作，管道的内液体的流动会减少脏污附着，管道式安装成为水质分析仪器的新的应用场景。在水质全光谱采集中，需要光源和光谱仪等关键部件，往往光谱数据的稳定性与可靠性成为测量的关键，窗口脏污、温漂问题、光源的衰减一直是困扰因素。例如S::can公司的全光谱水质探头，需要增加刷洗模块解决窗口脏污问题。随着环境温度的变化，光谱仪的感光灵敏度会产生漂移，相同浓度的液体，得到吸收谱产生漂移，并且光源的其他电子设备也会受到温度的影响，导致传统设备只能在0～40℃下运行。光源在使用过程中会产生老化问题，设备运行过程中需要对光源强度重新校准，目前比较多的是双光路法进行光源校准，此方法光路复杂，对结构设计和安装要求高，台间一致性差。

发明内容

为了实现工业生产过程中复杂水质的监测，解决传统装置存在的测量参数单一问题和全光谱法测量中存在的窗口脏污、温漂、运行温度范围小、光源衰减等问题，进一步解决传统方法上不能有效降低干扰物质影响的问题，本发明提供了一种管道式全光谱水质检测装置及其方法，可以同时测量多种水质参数，基于工业现场的管道式安装易于维护、自清洗能力强探头不易污染、光谱仪与光源等其他电子设备在恒温箱放置实现-20℃～60℃下可靠运行；实现多种混合物质的快速可靠测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种管道式全光谱水质检测装置，包括用于全光谱采集的光谱仪，所述检测装置还包括：

用于安装于管道的基于光纤的反射式探头；

用于提供紫外光和可见光的氙灯光源；

用于同步光源、光谱仪、水路的协同工作模块；

用于水路控制和清洗的可控水路管道；

用于放置光谱仪与氙灯光源的恒温箱；

用于光谱数据处理、水质指标显示的数据处理与显示模块；

所述光谱仪与基于光纤的反射式探头连接，所述光谱仪与数据处理与显示模块连接，将采集后的数据实时发送给数据处理与显示模块；所述氙灯光源与基于光纤的反射式探头连接，所述协同工作模块分别与光谱仪、氙灯光源和可控水路管道连接，所述可控水路管道与所述反射式探头连接。

进一步，所述光谱仪的测量波长范围为200～630nm，波长分辨率小于3nm，单次采集512个波长数据。