[发明专利]一种基于液芯光纤和紫外光谱的水质监测系统

说明书

本发明公开了一种基于液芯光纤和紫外光谱的新型水质监测系统。包括以下结构：紫外LED光源、液芯光纤、水样输入头、水样输出头、光电传感器、输入多模光纤、输出多模光纤和单片机：从LED光源发出光束通过输入光纤传输进入液芯光纤，同时待测水样通过水样输入头流入液芯光纤，对光束进行吸收，光束经输出多模光纤传入光电传感器，传感器接收光光束，将光信号转换为电信号传入单片机，通过人工神经网络算法对结果进行处理，获得待测水体的总磷、总氮、氨氮和COD四个指标的数据，并发送至终端计算机，实现实时监测。本发明中，液芯光纤提高了光与水样作用的光程，提高了灵敏度；紫外LED作为光源，使用光电检测器进行接收，去除了光谱信息中的冗余信息。

技术领域

本发明涉及水质监测技术领域，具体为一种基于液芯光纤的水质监测系统和基于紫外光谱法的水质监测方法。

背景技术

当前，我国的水质监测方法主要以理化监测技术为主。常用的水质监测方法存在操作复杂、测量周期长、需化学试剂和存在二次污染等问题，且需要人员现场采集样本，费时费力，适用性差，而紫外线光谱法与传统的化学分析、电化学分析和色谱分析等方法相比，则具有实时、操作简单、测定快速、无二次污染、可在线监测等优点，能快速方便的应用于水样的在线监测。

然而，传统的紫外光谱法在数据处理方面仍存在不足，测量仪器容易受外界环境影响，降低了数据分析模型的分析精度，影响了水质监测的结果；同时采集的光谱数据信息冗余较大，分析过程复杂繁琐，在一定程度上增加了光谱数据的分析时间，影响了水质监测的效率。

而液芯可较好的解决上述的缺点：液芯光纤提高了光与水样作用的光程，增高了灵敏度，可持续地对水样进行检测。同时，和固体光纤比较，液芯光纤在特定波段内的消耗更小，具有较大的芯径、较高的光谱传输质量、较宽泛的光谱传输的范围、数值孔径大、使用寿命长的特点，且不存在因长期使用，使得设备过度弯曲导致传光效率下降的问题。

因而将液芯与紫外光谱相结合，既能够较好的避免普通拉曼光谱适用范围小的缺点，也能通过调节光纤的长度、液芯的种类、紫外光谱的波长来减小误差，提高精度和灵敏度。

因此，设计一种基于液芯光纤和紫外光谱的水质监测系统是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新的基于紫外光和液芯光纤的多污染物水质监测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种基于紫外光谱和液芯光纤的多污染物水质监测装置，它包括紫外LED光源、液芯光纤、水样输入头、水样输出头、光电传感器、输入多模光纤、输出多模光纤和单片机；从LED 光源发出光束通过输入光纤传输进入液芯光纤，同时待测水样通过水样输入头流入液芯，对光束进行吸收，光束经输出多模光纤传入光电传感器，传感器接收吸收后的光束，并检测对应LED发出波长的光强，将光信号转换为电信号传入单片机，通过1-D CNN神经网络对结果进行处理，获得待测水体的总磷、总氮、氨氮和COD四个指标的数据，并发送至终端计算机，实现实时监测。

所述LED光源使用紫外波段LED灯珠，波长为200nm、220nm、240nm、260nm、 280nm、300nm、320nm、340nm、360nm、380nm和400nm，每种波长两只灯珠，采用先串后并的连接方式，相同波长的灯珠串联，不同波长的灯珠并联，采用恒流源供电，每一支路通过继电器控制通断，逐时间依波长从小到大次序发光。

所述液芯光纤外壁使用FEP管，内径800μm。

所述输入多模光纤、输出多模光纤芯径600μm，输入、输出多模光纤的芯径应略小于FEP管的内径。

所述输入、输出多模光纤与液芯光纤使用AB胶连接。

所述水样输入孔使用蠕动泵将待测水样泵入，流速为2.5mL/min。