CN101858861A - 用于对液体浓度进行连续监测的光学检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于对液体浓度进行连续监测的光学检测装置，主要包括相互固定联接的固定支座和固定套筒，固定套筒内密封固定有透光镜头，固定套筒内置有中空的活动柱塞，活动柱塞与固定套筒形成动密封；活动柱塞的空腔内密封固定有柱塞镜头且柱塞镜头和透光镜头的中心轴线重合，柱塞镜头的内端面与透光镜头之间形成待测溶液腔；在固定套筒的壁上设有待测溶液进出样口，待测溶液进出样口与待测溶液腔连通。本发明的优点是：使待测溶液浓度的检测只与光程变化量有关，与其他干扰因素无关，从而实现对待测溶液浓度的长期连续监测。

Description

用于对液体浓度进行连续监测的光学检测装置

技术领域

本发明涉及一种光学分析仪器，具体涉及用于监测液体浓度的光学检测装置。

背景技术

传统的光学检测原理根据Lambert-Beer定律，通过检测发射光光强与接收光光强，根据吸光系数、光程等参数以确定待测物浓度。然而，由于光源的时效作用将不可避免地引起发射光光强的缓慢漂移，发射端与接受端镜头的老化、腐蚀等原因，将引起接收光光强检测误差。所以，不适于对液体浓度进行长期连续监测。此外，传统分光光度法检测设备必须进行定期标定，以保障检测结果的准确性与可靠性。定期的离线标定势必中断检测的连续性，标定周期短，标定频繁，则可实用性与适用性差；若标定周期长，则无法保证检测精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于对液体浓度进行连续监测的光学检测装置。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：该用于对液体浓度进行连续监测的光学检测装置主要包括相互固定联接的固定支座和固定套筒，固定套筒内密封固定有透光镜头，固定套筒内置有中空的活动柱塞，活动柱塞与固定套筒形成动密封；活动柱塞的空腔内密封固定有柱塞镜头且柱塞镜头和透光镜头的中心轴线重合，柱塞镜头的内端面与透光镜头之间形成待测溶液腔；在固定套筒的壁上设有待测溶液进出样口，所述待测溶液进出样口与待测溶液腔连通。

进一步地，本发明所述活动柱塞的空腔内设有平行光发生器，固定套筒内设有光接收器，平行光发生器与柱塞镜头的外端面相对，光接收器与透光镜头的外端面相对。

进一步地，本发明还包括步进电机，该步进电机的输出轴连接有驱动丝杆，该驱动丝杆与活动柱塞的内壁形成螺纹配合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明可将传统光学检测中的稳定性扰动量A(光源时效作用、传感器基飘等因素)、稳定性扰动量B(镜头腐蚀、磨损及生物附着等因素)等干扰因素作为不变量消除，使检测结果不受干扰。

2.使用本发明装置可利用公式

获得待测溶液浓度，而由该式可知，待测溶液浓度只与光程变化量ΔL有关，与其他干扰因素无关，实现对待测溶液浓度的长期连续监测。

3.本发明可应用于化工生产过程的精确检测、“三废”的污染连续监控、海洋环境生态因子等的跟踪监测。

附图说明

图1是本发明光学检测装置的结构示意图；

其中，1.固定套筒，2.活动柱塞，3.柱塞镜头，3’.透光镜头，4.待测容液腔，5.待测溶液进出样口，6.平行光发生器，7.光接收器，8.驱动丝杆，9.固定支座，10.步进电机。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的结构作进一步说明。

在如图1所示的本发明装置中，固定支座9和固定套筒1固定联接在一起。固定套筒1为筒状结构，固定套筒1内密封固定有透光镜头3’，固定套筒1内置有中空的活动柱塞2，固定套筒1的内径与活动柱塞2的外径相匹配，以使活动柱塞2可通过○型密封圈与固定套筒1形成动密封。活动柱塞2为内部柱状空心结构，在活动柱塞2的一端的空腔内密封固定有一柱塞镜头3且柱塞镜头3和透光镜头3’的中心轴线重合，柱塞镜头3的内端面与透光镜头3’之间形成待测溶液腔4；在固定套筒1的壁上设有待测溶液进出样口5，所述待测溶液进出样口5与待测溶液腔4连通。柱塞镜头3和透光镜头3’的中心轴线重合，以保证平行光从一端入射后能全部从另一端出射。透光镜头3’和柱塞镜头4可采用有机玻璃、一般工业玻璃或钢化玻璃材料等透光材料制成的平光镜，以使检测用的平行光能平行通过透光镜头3’和柱塞镜头4。

作为本发明溶液浓度检测装置的一种实施方式，可在活动柱塞2的空腔内设置有平行光发生器6，该平行光发生器6与柱塞镜头3的外端面相对；固定套筒1的空腔内设有光接收器7，光接收器7与透光镜头3’的外端面相对。作为本发明溶液浓度检测装置的另一种实施方式，也可以将平行光发生器6设置于固定套筒1的空腔内，使平行光发生器6与透光镜头3’的外端面相对；同时，将光接收器7置于活动柱塞2的空腔内，并使光接收器7与柱塞镜头3的外端面相对。平行光发生器6的作用是向待测溶液腔4发射平行光以满足对溶液浓度的检测，并使光线穿过柱塞镜头3、待测溶液和透光镜头3’，从而使光接收器7检测到由待测溶液吸收之后的光强。

当然，上述溶液浓度检测装置可以不自带平行光发生器6和光接收器7，只要在使用本发明装置时，将平行光发生器6和光接收器7分别安装到本发明装置的固定套筒1和活动柱塞2的空腔内即可。

图1所示的平行光发生器6可为LED光源，用于产生平行光。在本发明的检测装置中，也可不在固定套筒1的空腔内安装光接收器7，而是在固定套筒1的空腔内安装一准直镜，该准直镜通过光纤与光接收器(图中未示出)连接用于检测出射光的光强。

作为本发明的优选实施方式，本发明装置的固定支座9上还安装有步进电机10，步进电机10的输出轴连接有驱动丝杆8，驱动丝杆8与活动柱塞2通过螺纹配合，使得步进电机10工作时通过驱动丝杆8旋转带动活动柱塞2运动，从而改变待测溶液腔4的容积大小。

使用本发明装置对待测溶液的浓度进行检测时，具体步骤如下：

(1)根据待测溶液的吸光系数标准曲线，选取一个波长λ，记录此时待测溶液的吸光系数为ε。需要说明的是，该波长λ可任意选取。若选取吸光系数标准曲线的吸收峰处的波长λ，则可以减小测量误差。

(2)将待测溶液注入待测溶液腔4。

(3)将平行光发生器6和光接收器7正确安装于本发明装置中，使平行光线依次经过活动柱塞2内柱塞镜头3、待测溶液、透光镜头3’，到达光接收器7。

(4)选择光源的入射光波长为λ，记录在λ波长入射光下，光线经过柱塞镜头3、待测溶液和透光镜头3’后的透射光强I₁。

(5)控制步进电机10带动活动柱塞2运动，从而使待测溶液的光程产生一个脉动量ΔL(即光程改变量)，等待待测溶液平稳。

(6)记录在脉动后光线经过柱塞镜头3、待测溶液和透光镜头3’后的透射光强I₂。

根据Lambert-Beer定律，在光强I₁和I₂分别满足：

I₁＝I₀·e^-εCL(1)

I₂＝I₀·e^-εc(L+ΔL)(2)

其中I₀为发射光强，ε为待测物的吸光系数，c是待测物浓度，L是待测溶液光程，ΔL是光程改变量。

(7)因此由公式(1)和(2)得到当前待测溶液的浓度值

$c=\frac{\ln I_1-\ln I_2}{\mathrm{\ϵ}\·\mathrm{\ΔL}}$

上式中，C为当前待测溶液的浓度值。

由上式可知，待测溶液浓度只与脉动量ΔL有关，与其他干扰因素无关，从而能够实现对待测溶液浓度的长期连续监测。

Claims (3)

1.一种用于对液体浓度进行连续监测的光学检测装置，其特征是：它包括相互固定联接的固定支座(9)和固定套筒(1)，固定套筒(1)内密封固定有透光镜头(3’)，固定套筒(1)内置有中空的活动柱塞(2)，活动柱塞(2)与固定套筒(1)形成动密封；活动柱塞(2)的空腔内密封固定有柱塞镜头(3)且柱塞镜头(3)和透光镜头(3’)的中心轴线重合，柱塞镜头(3)的内端面与透光镜头(3’)之间形成待测溶液腔(4)；在固定套筒(1)的壁上设有待测溶液进出样口(5)，所述待测溶液进出样口(5)与待测溶液腔(4)连通。

2.根据权利要求1所述的用于对液体浓度进行连续监测的光学检测装置，其特征是：所述活动柱塞(2)的空腔内设有平行光发生器(6)，固定套筒(1)内设有光接收器(7)，平行光发生器(6)与柱塞镜头(3)的外端面相对，光接收器(7)与透光镜头(3’)的外端面相对。

3.根据权利要求1或2所述的用于对液体浓度进行连续监测的光学检测装置，其特征是：还包括步进电机(10)，该步进电机(10)的输出轴连接有驱动丝杆(8)，该驱动丝杆(8)与活动柱塞(2)的内壁形成螺纹配合。

Images