CN101692034A - 便携式水污染物在线检测装置 - Google Patents

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于彬
沈建琪
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Abstract

一种便携式水污染物在线检测装置，采用导流方式将待测水样引导到会聚高斯光束的束腰区，通过透过率起伏法测量水中微米级颗粒污染物的平均粒径和颗粒数浓度，通过DSP进行信号采集和处理；激光平行光管发出的平行光束由凸透镜会聚；接收透镜将透射光会聚，由光信号探测器接收并转换成电信号，经放大器将微弱信号放大后与信号采集装置和微处理器连接，微处理器通过接口分别与液晶显示屏和键盘连接；导流管为一弯管，进水口处连接有单向驱动泵，测量区设置在高斯光束的束腰区域，单向驱动泵将待测水样引导到会聚高斯光束的束腰区域，测量区下方的导流管设置有出水口。本装置轻巧便携，可对水污染物实现在线、实时监测。

Description

便携式水污染物在线检测装置
技术领域
本发明涉及一种可同时测量水污染颗粒物平均粒径和颗粒数浓度的便携式水污染物在线检测装置，适用于环境、工业和日常生活等多个领域的水质检测。
背景技术
现有的多参数水质检测仪可同时测量pH、ORP(氧化还原电位)、TDS(溶解性总固体量)、溶解氧、温度、电导率、盐度等参数，但均未提及水中颗粒物的平均粒径和颗粒数浓度测量，而颗粒物平均粒径和颗粒数浓度是水质检测领域中十分重要的参数。
透过率起伏法一般采用二种方法得到窄光束，一种方法是采用小受光面积的探测器，另一种方法是采用透镜对宽光束会聚。第一种方法受光面积小的探测器对光源功率、信号接收和放大等多方面要求较高，而且受光面积小的探测器价格昂贵。第二种方法由于光束直径随传播方向变化，很难达到对小颗粒的理想测量。
发明内容
本发明提出了一种便携式水污染物在线检测装置，可有效克服现有技术采用小受光面积的探测器不但价格昂贵，而且对光源功率、信号接收和放大等多方面要求高的弊端。
本发明的关键技术是采用了导流管水样引导模块和会聚高斯光束的束腰构成测量区，测量区中光束直径达到最小，因此所对应的可测颗粒粒径最小；采用DSP(Digital SignalProcessing数字信号处理)技术实现信号采集、数据处理。本发明装置小巧、便携，可实现对水污染物中微米级颗粒平均粒径和颗粒数浓度的在线、实时测量。
一种便携式水污染物在线检测装置，其特征在于：采用导流方式将待测对象引导到会聚高斯光束的束腰区，通过透过率起伏法测量水中微米级颗粒污染物的平均粒径和颗粒数浓度，通过DSP进行信号采集和处理；它由光源模块、导流管引导模块、测量区、探测模块、信号采集和处理模块构成；
A)所述的光源模块包括激光平行光管和凸透镜，激光平行光管发出的平行光束由凸透镜会聚，其作用是产生一束会聚的高斯光束；
B)所述的导流管引导模块包括导流管、单向驱动泵和测量区；导流管为一弯管，进水口处连接有单向驱动泵，测量区设置在高斯光束的束腰区域，单向驱动泵将待测水样引导到会聚高斯光束的束腰区域，测量区下方的导流管设置有出水口；
C)所述的探测模块包括接收透镜、光信号探测器和信号放大器，接收透镜将透射光会聚由光信号探测器接收并转换成电信号，经放大器将微弱信号放大；
D)所述的信号采集和处理模块采用DSP技术，放大器经信号采集装置与微处理器连接，微处理器通过接口分别与液晶显示屏和键盘连接。
所述高斯光束的束腰区直径在10～30微米之间。
所述测量区厚度为2mm～4mm。
本发明的有益效果是，测量装置简单、便携、廉价，可实现实时、在线检测，可实现同时对水污染颗粒物平均粒径和颗粒数浓度进行测试。可测量的水污染颗粒物粒径范围为0.5微米～数百微米，可测量颗粒数浓度范围为0.1‰～5％。可应用于河流、湖泊的水质监测、工业用水和排放水的水质监测以及日常生活用水的水质检测。
附图说明
图1是本发明水污染物在线检测装置示意图；
图2为本发明水污染物在线检测装置DSP模板框图。
1、激光平行光管，2、凸透镜，3、导流管，4、单向驱动泵，5、测量区，6、进水口，7、排水口，8、接收透镜，9、光信号探测器，10、信号放大器，11、数字信号处理，12、信号采集装置，13、键盘，14、微处理器，15、液晶显示屏。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，但本实施例并不用于限制本发明，凡采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
一种便携式水污染物在线检测装置如图1所示。采用导流方式将待测对象引导到会聚高斯光束的束腰区，通过透过率起伏法测量水中微米级颗粒污染物的平均粒径和颗粒数浓度，通过DSP进行信号采集和处理；它由光源模块、导流管引导模块、测量区、探测模块、信号采集和处理模块构成。
光源模块包括激光平行光管1和凸透镜2，激光平行光管1发出的平行光束由凸透镜2会聚；其作用是产生一束会聚的高斯光束。导流管引导模块包括导流管3、单向驱动泵4和测量区5；导流管3为一弯管，进水口6处连接有单向驱动泵4，测量区中高斯光束的束腰直径在10～30微米之间，导流管引导模块将待测水样引导到会聚高斯光束的束腰区域，形成厚度为2mm～4mm的测量区，测量区5下方的导流管设置有排水口7。探测模块包括接收透镜8、光信号探测器9和信号放大器10，接收透镜8将透射光会聚，由光信号探测器9接收并转换成电信号，经信号放大器10将微弱信号放大。信号采集和处理模块采用DSP技术，如图2所示：信号放大器10经信号采集装置12与微处理器14连接，微处理器14通过接口分别与液晶显示屏15和键盘13连接。
光信号探测器采用高灵敏度、高响应率的光敏二极管，响应频率大于150MHz。信号采集和处理模块采用DSP技术，信号采集大于150MHz，数据处理结果由液晶屏显示。
本发明利用颗粒在窄光束照射下由于颗粒的散射和吸收引起透射光信号的随机起伏特性，该起伏信号反映了颗粒平均粒径信息和浓度信息。该监测装置可以测量水中低浓度、微米级污染物颗粒平均粒径和颗粒数浓度。
本发明可广泛应用于河流、湖泊的水质监测、工业用水和排放水的水质监测以及日常生活用水的水质检测。

Claims (3)

1.一种便携式水污染物在线检测装置，其特征在于：采用导流方式将待测对象引导到会聚高斯光束的束腰区，通过透过率起伏法测量水中微米级颗粒污染物的平均粒径和颗粒数浓度，通过DSP进行信号采集和处理；它由光源模块、导流管引导模块、测量区、探测模块、信号采集和处理模块构成；
A)所述的光源模块包括激光平行光管和凸透镜，激光平行光管发出的宽平行光束由凸透镜会聚；
B)所述的导流管引导模块包括导流管、单向驱动泵和测量区；导流管为一弯管，进水口处连接有单向驱动泵，测量区设置在高斯光束的束腰区域，单向驱动泵将待测水样引导到会聚高斯光束的束腰区域，测量区下方的导流管设置有出水口；
C)所述的探测模块包括接收透镜、光信号探测器和信号放大器，接收透镜将透射光会聚，由光信号探测器接收并转换成电信号，经放大器将微弱信号放大；
D)所述的信号采集和处理模块采用DSP技术，放大器经信号采集装置与微处理器连接，微处理器通过接口分别与液晶显示屏和键盘连接。
2.根据权利要求1所述的便携式水污染物在线检测装置，其特征在于：所述高斯光束的束腰区直径在10～30微米之间。
3.根据权利要求1所述的便携式水污染物在线检测装置，其特征在于：所述测量区厚度为2mm～4mm。
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