CN102042973A - 一种水浑浊程度实时在线监测系统 - Google Patents

一种水浑浊程度实时在线监测系统 Download PDF

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Abstract

一种水浑浊程度实时在线监测系统，该系统包含有样品池、装有纯净水的标准池、光路系统、水泵以及计算机数据采集及显示系统。光路系统含有可见光源、分光镜、全反射镜、两个扩束镜、两个聚焦凸透镜和两个光电探头，分别形成两支路光。两路光在分别透过样品池和标准池中的水体后，由计算机数据采集及显示系统对两路信号进行实时记录、比对和分析，便可以达到对污水浑浊程度进行实时在线监测。其主要原理是通过监测一定体积内的水对可见光透过率的变化来实现对水浑浊程度的实时在线监测，即水的浑浊程度越大，其对可见光的透过率越小。本发明既考虑了污水对光的吸收作用，也考虑了污水对光的散射作用，因此对水的浑浊度的表征更具有科学性和准确性。

Description

一种水浑浊程度实时在线监测系统
技术领域
本发明涉及一种水浑浊程度实时在线监测系统，特别涉及一种利用光电转换手段监测污水对可见光的透过率变化来实时测试和分析水质状况的检测设备，属于光电探测技术及材料性能分析领域。
背景技术
当今社会大力提倡绿色生活，杜绝污染，保护生态环境，使我们的地球家园更适合人类居住和可持续发展。但由于一些不法企业将未经处理的工业废水排入江河，致使我们的生活用水遭到严重污染，直接危害人类的健康和生命安全。为此，提供一种能够对水质污染程度进行实时在线监测的系统十分必要。其中，水的浑浊程度的检测是控制工业水处理的一个重要内容，也是一项检测水质污染程度的重要评价指标。由于工业废水中含有大量的悬浮颗粒，这些颗粒会对光产生散射和吸收作用，使得原本无色透明的水产生浑浊现象。其浑浊的程度越高，表明光线通过污水时受到的阻碍程度越大，即通过污水后剩余的光强度越小。也就是说当污水的浑浊程度越高，它对于光线的透过率就越低。实际上，污水的浑浊程度不仅与水中悬浮颗粒的含量有关，而且还与水中杂质颗粒的成分、大小、形状及其表面的反射性能等因素有关，这些因素会导致水对光的透过率发生显著变化。国际上把水浑浊的程度称为浑浊度。浑浊度的单位用“度”表示，定义1升的水中含有1毫克的SiO2(粒度为200目)微粒时，所产生的浑浊程度称为1度。而通用的浑浊度测量方法是采用散射法，即利用仪器在与入射光成90度角的方向上测量污水散射光强度来表征水的浑浊度。散射光越强表明水的浑浊度越高。这种采用散射光强表征污水浑浊度的方法忽略了水中杂质对光的吸收作用，而实际上污水对光的吸收和散射作用同样重要，都是表征污水浑浊度的重要物理参数。
发明内容
针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种水浑浊程度实时在线监测系统，可同时考虑污水对光的吸收和散射作用，以期达到对水浑浊度的表征和测试更加准确和更具有科学性。
本发明的技术方案如下：
一种水浑浊程度实时在线监测系统，其特征在于：该系统含有样品池、装有纯净水的标准池、光路系统、水泵以及计算机数据采集及显示系统；在所述的样品池上设有进水管接口和出水管接口；所述的光路系统含有可见光源、分光镜、全反射镜、第一扩束镜、第二扩束镜、第一聚焦凸透镜、第二聚焦凸透镜、第一光电探头以及第二光电探头；所述的分光镜将光源发出的光等分成一束反射光和一束透射光，其中反射光与入射光成90度角出射并经第一扩束镜后形成待测水平行光束，该待测水平行光束透过样品池中的待测水体后，经第一聚焦凸透镜会聚并进入第一光电探头，将光信号转换成待测水的电信号后输入到计算机数据采集及显示系统；所述的透射光则沿原光路方向入射到与入射光成45度夹角的全反射镜上，经全反射镜反射后与入射光成90度角出射并经第二扩束镜后形成纯净水平行光束，该纯净水平行光束透过标准池中的纯净水后，经第二聚焦凸透镜会聚并进入第二光电探头，将光信号转换成纯净水的电信号后也输入到计算机数据采集及显示系统。
上述技术方案中，所述的进水管接口设置在样品池下部，出水管接口设置在样品池上部；所述的水泵设置在进水管或出水管上。
本发明所述的第一扩束镜和第二扩束镜均采用倒置的望远镜。所述的可见光源采用发光二极管。
本发明具有以下优点及突出性效果：①本发明提供的这种水浑浊程度实时在线监测系统对水的浑浊度的表征更具有科学性和准确性，因为探测污水对光的透过率，既考虑了污水对光的吸收作用，也考虑了污水对光的散射作用。②本发明采用样品池和标准池两路信号进行实时对比分析方法，其优越性在于可以避免光源不稳定性对监测结果造成的误差。同时设计样品池的进水管在下方，而出水管在上方，其优点是在重力作用下，只有当样品池中的水充满样品池后，多余的水才能从出水口排出，可以保证样品池中的光束全部通过需要监测的待测水样品，同时水中沉积的污物在重力作用下只会向下沉淀，不会直接遮挡样品池的端面光路，保证监测结果的可靠性。本发明可以应用于工业生产过程中对排放污水的水质进行实时监测，也可以应用于对饮用水水源取水口的水质进行实时监测等。
附图说明
图1为本发明提供的一种水浑浊程度实时监测系统的结构原理示意图。
图中：1-光源；2-分光镜(半反半透镜)；3-全反射镜；4a-第一扩束镜；4b-第二扩束镜；5-进水管接口；6-出水管接口；7-样品池；8-标准池；9a-第一凸透镜；9b-第二凸透镜；10a-第一光电探头；10-第二光电探头；11-计算机数据采集及显示系统；12-水泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体结构、实施方式、工作原理和工作过程做进一步的说明。
图1为本发明提供的一种水浑浊程度实时在线监测系统的结构原理示意图，该水浑浊程度实时在线监测系统主要含有样品池7、装有纯净水的标准池8、光路系统、水泵12以及计算机数据采集及显示系统11；在所述的样品池上设有进水管接口5和出水管接口6。光路系统含有可见光源1、分光镜2、全反射镜3、第一扩束镜4a、第二扩束镜4b、第一聚焦凸透镜9a、第二聚焦凸透镜9b、第一光电探头10a以及第二光电探头10b；所述的分光镜将光源发出的光等分成一束反射光和一束透射光，其中反射光与入射光成90度角出射并经第一扩束镜4a后形成待测水平行光束，该待测水平行光束透过样品池7中的待测水体后，经第一聚焦凸透镜9a会聚并进入第一光电探头10a，将光信号转换成待测水的电信号后输入到计算机数据采集及显示系统11。而透射光则沿原光路方向入射到与入射光成45度夹角的全反射镜3上，经全反射镜反射后与入射光成90度角出射并经第二扩束镜4b后形成纯净水平行光束，该纯净水平行光束透过标准池8中的纯净水后，经第二聚焦凸透镜9b会聚并进入第二光电探头10b，将光信号转换成纯净水的电信号后也输入到计算机数据采集及显示系统11。两束平行光在分别透过样品池7和标准池8中的水体后，其出射光的能量会相应受到不同程度的衰减，由计算机数据采集及显示系统对两路信号进行实时记录、比对和分析，便可以达到对污水浑浊程度进行实时监测的目的。
本发明的技术方案中，进水管接口5设置在样品池下方，出水管接口6设置在样品池上方；所述水泵12可设置在进水管或出水管上；整体光路放置于避光的密封盒子内。
可见光源1可采用发光二极管，其工作寿命长、且节能。第一扩束镜4a和第二扩束镜4b均采用倒置的望远镜。第一光电探头10a以及第二光电探头10b可采用价格低廉的光电池。
该系统的主要工作原理是通过监测一定体积内的水对可见光透过率的变化来实现对水浑浊程度的实时监测，即水的浑浊程度越大，其对可见光的透过率越小。
系统工作之前，在标准池8中注入纯净水作为系统定标使用，定义光束通过标准池8中的纯净水后的透过率为100％，然后开启水泵12，用水泵抽取纯净水并注满样品池7，校对两路光强值相等，即消除零点偏差。再将含有不同浓度SiO2(粒度为200目)微粒的标准水样依次注入样品池7中，对系统进行二次定标，以确定不同标准浑浊度的SiO2微粒溶液所对应的光透过率数值。
系统工作时，利用水泵12自动抽取待监测水样品并经过进水管口5将其送入样品池7中。由于重力作用，只有当样品池7中的待测水充满样品池后，多余的水才能从出水管口6排出，保证样品池7中的光束全部通过污水样品，同时水中沉积的污物在重力作用下只会向下沉淀，不会直接遮挡样品池端面的光路，保证监测结果的可靠性。经过样品池7的出射光强度会因水的浑浊程度的影响而受到相应的衰减，经第一聚焦凸透镜9a会聚并进入第一光电探头10a，将光信号转换成待测水的电信号后输入到计算机数据采集及显示系统11；最终，计算机数据采集及显示系统把采集的待测水光衰减后的电信号与经标准池中纯净水光路的标准信号对比，便可以实时给出待测水的光透过率数值。利用之前所标定的透过率数值与标准浑浊程度之间的对应关系，便可以达到对污水浑浊程度进行实时在线监测的目的。
本系统之所以采用两路信号进行实时对比分析，其优越性在于可以尽量避免光源不稳定性对监测结果造成的误差。

Claims (4)

1.一种水浑浊程度实时在线监测系统，其特征在于：该系统含有样品池(7)、装有纯净水的标准池(8)、光路系统、水泵(12)以及计算机数据采集及显示系统(11)；在所述的样品池上设有进水管接口(5)和出水管接口(6)；所述的光路系统含有可见光源(1)、分光镜(2)、全反射镜(3)、第一扩束镜(4a)、第二扩束镜(4b)、第一聚焦凸透镜(9a)、第二聚焦凸透镜(9b)、第一光电探头(10a)以及第二光电探头(10b)；所述的分光镜将光源发出的光等分成一束反射光和一束透射光，其中反射光与入射光成90度角出射并经第一扩束镜(4a)后形成待测水平行光束，该待测水平行光束透过样品池(7)中的待测水体后，经第一聚焦凸透镜(9a)会聚并进入第一光电探头(10a)，将光信号转换成待测水的电信号后输入到计算机数据采集及显示系统(11)；所述的透射光则沿原光路方向入射到与入射光成45度夹角的全反射镜(3)上，经全反射镜反射后与入射光成90度角出射并经第二扩束镜(4b)后形成纯净水平行光束，该纯净水平行光束透过标准池(8)中的纯净水后，经第二聚焦凸透镜(9b)会聚并进入第二光电探头(10b)，将光信号转换成纯净水的电信号后也输入到计算机数据采集及显示系统(11)。
2.按照权利要求1所述的一种水浑浊程度实时在线监测系统，其特征在于：所述的进水管接口(5)设置在样品池下部，出水管接口(6)设置在样品池上部；所述的水泵(12)设置在进水管或出水管上。
3.按照权利要求1所述的一种水浑浊程度实时在线监测系统，其特征在于：所述的第一扩束镜(4a)和第二扩束镜(4b)均采用倒置的望远镜。
4.按照权利要求1所述的一种水浑浊程度实时在线监测系统，其特征在于：所述的可见光源采用发光二极管。
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