CN102359940B - 一种双光程高灵敏度比色装置及其检测物质浓度的方法 - Google Patents
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Abstract
一种双光程高灵敏度比色装置及其检测物质浓度的方法，主要由两个直角梯形支架、中间带有小孔的全反射镜、光源系统模块、接收光系统模块、参照光系统模块、比色皿及全反射镜模块组成；两个直角梯形支架分别沿中心水平方向和垂直方向加工有一通孔，中间带有小孔的全反射镜安装在第一个直角梯形支架的斜腰面中心上，另一个直角梯形支架与第一个直角梯形支架斜腰面拼合组合成一长方体支架，光源系统模块突出部分和参照光系统模块突出部分分别与第一个直接梯形支架的水平通孔和垂直通孔相同定，接收光系统模块突出部分与另一个直角梯形支架垂直方向的通孔相固定；全反射镜模块安装在中间带有小孔的全反射镜的正对面，比色皿安装在中间带有小孔的全反射镜和全反射镜模块之间。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护领域水质在线自动监测仪的比色装置，尤其涉及一种双光程高灵敏度比色装置。
背景技术
监测水中有机物浓度是控制河流、湖泊等地表水以及工厂、企事业单位所排放污水、废水水质的一个重要指标，目前，水质在线自动监测仪监测水中有机物浓度通常采用比色装置，在水质在线自动监测仪中的比色装置类似分光光度计结构，该装置利用分光光度法原理来监测水中有机物浓度：它是利用物质的分子或离子对某一波长范围的光的吸收作用，对物质进行定性分析、定量分析及结构分析，所依据的光谱是分子或离子吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光谱；但是在现有技术中，所使用的比色装置都是单光程，即光源发射在一侧，光接收在另一侧，光束只经过比色皿一次，被测物质的光效应只是通过一次光束的效果，因此现有技术的比色装置在精确度上、灵敏度上和可靠性上都有所欠缺。
例如专利号为CN201569630U的COD测量的比色装置，包括发光管、光电池、支架、玻璃管、加热丝和接收光电池；工作时，反应的化学试剂通过细管进入到玻璃管中，加热丝通电，加热玻璃管从而加热玻璃管中的化学试剂，加热温度达到所设定时，维持一段时间，启动发光管、光电池和接收光电池。发光管发出特殊波长的光，调节发光管的电流，从而使得光电池产生的电压为一定值，测得接收光电池的接收电压，即为所得测量光电压值。从而计算出COD的值。该发明采用传统的单光程比色皿装置，光源在一侧，光接收在另一侧，光束只经过玻璃管一次，被测物质的光效应只是通过一次光束的效果，比色装置灵敏度不高，被测物质的光效应也不高。
因此本发明提供一种双光程高灵敏度比色装置，克服了现有技术存在的缺陷。
发明内容
本发明针对现有技术中的比色装置精确度、灵敏度和可靠性不高的缺陷，提供了一种双光程高灵敏度比色装置。
一种双光程高灵敏度比色装置，其特征在于：主要由直角梯形支架A、直角梯形支架B、中间带有小孔的全反射镜7、光源系统模块6、接收光系统模块9、参照光系统模块1、比色皿11及全反射镜模块12组成；所述光源系统模块6为水平放置的凸字形结构，接收光系统模块9为倒置的凸字形结构，参照光系统模块1为凸字形结构；所述光源系统模块6主要由光源5、双凸透镜b，光源系统支撑座4组成；所述接收光系统模块9主要由接收光系统支撑座8、双凸透镜c、上护罩10、硒光电池Y组成；所述参照光系统模块1主要由参照光系统支撑座3、双凸透镜a、硒光电池X、下护罩2组成；所述直角梯形支架A和所述直角梯形支架B分别沿中心在水平方向上和垂直方向上各加工有一定宽度的通孔，所述中间带有小孔的全反射镜7安装在所述直角梯形支架A的斜腰面中心上，并与所述直角梯形支架A的水平通孔相对应，所述直角梯形支架A的斜腰面与所述直角梯形支架B斜腰面通过螺栓拼合固定组合成一长方体支架；所述直角梯形支架A的水平通孔、中间带有小孔的全反射镜7的小孔、直角梯形支架B的水平通孔在一条直线上；所述光源系统模块6左端突出部分插入到所述直角梯形支架A的水平通孔内，与所述直角梯形支架A固定在一起；所述接收光系统模块9下端突出部分插入到所述直角梯形支架B的垂直方向的通孔中，与所述直角梯形支架B固定在一起；所述参照光系统模块1上端突出部分插入到所述直角梯形支架A的垂直通孔中，与所述直角梯形支架A固定在一起；所述全反射镜模块12安装在所述中间带有小孔的全反射镜7的正对面，所述比色皿11安装在所述中间带有小孔的全反射镜7和所述全反射镜模块12之
一种双光程高灵敏度比色装置检测物质浓度的方法，其特征在于：所述光源5发射光束，光束通过所述双凸透镜b汇聚光束并射出，到达所述中间带有小孔的全反射镜7上，所述中间带有小孔的全反射镜7将一部分光束反射到所述双凸透镜a上，所述双凸透镜a汇聚光束并将光束射到所述硒光电池X上，所述硒光电池X接收光束，并将光信号转换成电信号，得到输出电压U1；另一部分光束穿过所述中间带有小孔的全反射镜7的小孔，经过所述比色皿11，然后到达所述第二全反射镜14，光束通过所述第二全反射镜14反射后沿着光路返回，再次经过所述比色皿11，然后再次到达所述中间带有小孔的全反射镜7上，所述中间带有小孔的全反射镜7将光束反射到所述双凸透镜c上，所述双凸透镜c汇聚光束并将光束发射到所述硒光电池Y上，所述硒光电池Y接收光束，并将光信号转换成电信号，得到输出电压U2，这样就实现了双光程比色，然后根据公式即可计算出被测物质的浓度。
附图说明
图1所示为双光程高灵敏度比色装置结构图
图2所示为双光程高灵敏度比色装置光路图
具体实施方式
图1所示为双光程高灵敏度比色装置结构图，包括：参照光系统模块1，下护罩2，参照光系统支撑座3，光源系统支撑座4，光源5，光源系统模块6，中间带有小孔的全反射镜7，接收光系统支撑座8，接收光系统模块9，上护罩10，比色皿11，全反射镜模块12，全反射镜支撑座13，第二全反射镜14；硒光电池X，硒光电池Y，双凸透镜a，双凸透镜b，双凸透镜c，直角梯形支架A，直角梯形支架B。
本发明的双光程高灵敏度比色装置主要由直角梯形支架A、直角梯形支架B、中间带有小孔的全反射镜7、光源系统模块6、接收光系统模块9、参照光系统模块1、比色皿11及全反射镜模块12组成；其中光源系统模块6为水平放置的凸字形结构，接收光系统模块9为倒置的凸字形结构，参照光系统模块1为凸字形结构；其中直角梯形支架A和直角梯形支架B分别沿中心水平方向上和垂直方向上各加工有一定宽度的通孔，中间带有小孔的全反射镜7安装在直角梯形支架A的斜腰面中心上，并与直角梯形支架A的水平通孔相对应，直角梯形支架A的斜腰面与直角梯形支架B斜腰面通过螺栓拼合固定组合成一长方体支架，此时直角梯形支架A的水平通孔、中间带有小孔的全反射镜7的小孔、直角梯形支架B的水平通孔在一条直线上；光源系统模块6主要由光源5、双凸透镜b，光源系统支撑座4组成，其中光源系统支撑座4左侧突出部分设计有一个内凹槽，用于放置双凸透镜b，光源系统支撑座4右侧设计有一个内凹槽，用于放置光源5，两个凹槽之间通过一个光路孔相通，将双凸透镜b安装在光源系统支撑座4的左侧凹槽内，将光源5安装在光源系统支撑座4右侧凹槽内，并固定在双凸透镜b的焦点处；将组装完成的光源系统模块6左端突出部分插入到直角梯形支架A的水平通孔内，与直角梯形支架A固定在一起；接收光系统模块9主要由接收光系统支撑座8、双凸透镜c、上护罩10、硒光电池Y组成，接收光系统支撑座8沿中心垂直方向上设计有一定宽度的通孔，用于放置双凸透镜c和硒光电池Y，其中双凸透镜c从接收光系统支撑座8下端突出部分插入到通孔内，硒光电池Y从接收光系统支撑座8的上端插入到通孔内，并固定在双凸透镜c的焦点处，用于防止硒光电池Y受到温度等因素干扰的上护罩10套在接收光系统支撑座8上，使上护罩10与接收光系统支撑座8连接为一体；将组装完成的接收光系统模块9下端突出部分插入到直角梯形支架B的垂直方向的通孔中，与直角梯形支架B固定在一起；参照光系统模块1主要由参照光系统支撑座3、双凸透镜a、硒光电池X、下护罩2组成，参照光系统支撑座3沿中心垂直方向设计有一定宽度的通孔，用于放置双凸透镜a和硒光电池X，其中双凸透镜a从参照光系统支撑座3的上端突出部分插入通孔内，硒光电池X从参照光系统支撑座3的下端插入通孔内，并固定在双凸透镜a的焦点处，用于防止硒光电池X受到温度等因素干扰的下护罩2套在参照光系统支撑座3上，使下护罩2和参照光支撑座3连接为一体；将组装完成的参照光系统模块1上端突出部分插入到直角梯形支架A垂直通孔中，与直角梯形支架A固定在一起；全反射镜模块12主要由全反射镜支撑座13和第二全反射镜14组成，全反射镜模块12安装在中间带有小孔的全反射镜7的正对面，全反射镜支撑座13的右侧设计有一内凹槽，用于安装第二全反射镜14；比色皿11安装在中间带有小孔的全反射镜7和全反射镜模块12之间；本发明中间带有小孔的全反射镜7与光路成45度角方向安装，并且安装位置位于双凸透镜a、双凸透镜b、双凸透镜c的焦点处。本发明中间带有小孔的全反射镜7的小孔与光源5、双凸透镜b、第二全反射镜14的光路在一条直线上。
图2所示为双光程高灵敏度比色装置光路图，工作时，光源5发射光束，光束通过双凸透镜b汇聚光束并射出，到达中间带有小孔的全反射镜7上，中间带有小孔的全反射镜7将一部分光束反射到双凸透镜a上，双凸透镜a汇聚光束并将光束射到硒光电池X上，硒光电池X接收光束，并将光信号转换成电信号，得到输出电压U1；另一部分光束穿过中间带有小孔的全反射镜7的小孔，经过比色皿11，然后到达第二全反射镜14，光束通过第二全反射镜14反射后沿着光路返回，再次经过比色皿11，然后再次到达中间带有小孔的全反射镜7上，中间带有小孔的全反射镜7将光束反射到双凸透镜c上，双凸透镜c汇聚光束并将光束发射到硒光电池Y上，硒光电池Y接收光束，并将光信号转换成电信号，得到输出电压U2，这样就实现了双光程比色，然后根据公式即可计算出被测物质的浓度。本发明采用双光程比色装置使光束先后两次穿过比色皿，提高了比色装置的灵敏度和精确度。
本发明的双光程高灵敏度比色装置具有以下优点：
1.采用双光程比色装置，提高了比色装置的灵敏度、精确度和可靠性；
2.本发明将比色装置分成两个直角梯形支架、中间带有小孔的全反射镜、光源系统模块、接收光系统模块、参照光系统模块、全反射镜模块、比色皿等八个部分，使本发明结构简单，安装方便，同时也降低了成本。
3.本发明中间带有小孔的全反射镜的小孔直径为5毫米，可实现最佳的分光效果。
这里公开的实施例是示例性的，其仅是为了对本发明进行解释说明，而并不是对本发明的限制，本领域技术人员可以预见的改良和扩展都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双光程高灵敏度比色装置，其特征在于：主要由直角梯形支架A、直角梯形支架B、中间带有小孔的全反射镜(7)、光源系统模块(6)、接收光系统模块(9)、参照光系统模块(1)、比色皿(11)及全反射镜模块(12)组成；所述光源系统模块(6)为水平放置的凸字形结构，接收光系统模块(9)为倒置的凸字形结构，参照光系统模块(1)为凸字形结构；所述光源系统模块(6)主要由光源(5)、双凸透镜b，光源系统支撑座(4)组成；所述接收光系统模块(9)主要由接收光系统支撑座(8)、双凸透镜c、上护罩(10)、硒光电池Y组成；所述参照光系统模块(1)主要由参照光系统支撑座(3)、双凸透镜a、硒光电池X、下护罩(2)组成；所述直角梯形支架A和所述直角梯形支架B分别沿中心在水平方向上和垂直方向上各加工有一定宽度的通孔，所述中间带有小孔的全反射镜(7)安装在所述直角梯形支架A的斜腰面中心上，并与所述直角梯形支架A的水平通孔相对应，所述直角梯形支架A的斜腰面与所述直角梯形支架B斜腰面通过螺栓拼合固定组合成一长方体支架，所述直角梯形支架A的水平通孔、中间带有小孔的全反射镜(7)的小孔、直角梯形支架B的水平通孔在一条直线上；所述光源系统模块(6)左端突出部分插入到所述直角梯形支架A的水平通孔内，与所述直角梯形支架A固定在一起；所述接收光系统模块(9)下端突出部分插入到所述直角梯形支架B的垂直方向的通孔中，与所述直角梯形支架B固定在一起；所述参照光系统模块(1)上端突出部分插入到所述直角梯形支架A的垂直通孔中，与所述直角梯形支架A固定在一起；所述全反射镜模块(12)安装在所述中间带有小孔的全反射镜(7)的正对面，所述比色皿(11)安装在所述中间带有小孔的全反射镜(7)和所述全反射镜模块(12)之间。
2.根据权利要求1所述的一种双光程高灵敏度比色装置，其特征在于：所述光源系统支撑座(4)左侧突出部分设计有一个内凹槽，用于放置所述双凸透镜b，所述光源系统支撑座(4)右侧设计有一个内凹槽，用于放置所述光源(5)，两个凹槽之间通过一个光路孔相通，将所述双凸透镜b通过螺栓固定在所述光源系统支撑座(4)左侧凹槽内，所述光源(5)安装在所述光源系统支撑座(4)右侧凹槽内，并固定在所述双凸透镜b的焦点处。
3.根据权利要求1所述的一种双光程高灵敏度比色装置，其特征在于：所述接收光系统支撑座(8)沿中心垂直方向上设计有一定宽度的通孔，用于放置所述双凸透镜c和所述硒光电池Y，将所述双凸透镜c从所述接收光系统支撑座(8)下端突出部分插入到通孔内，所述硒光电池Y从所述接收光系统支撑座(8)的上端插入到通孔内，并固定在所述双凸透镜c的焦点处，然后将所述上护罩(10)套在所述接收光系统支撑座(8)上。
4.根据权利要求1所述的一种双光程高灵敏度比色装置，其特征在于：所述参照光系统支撑座(3)沿中心垂直方向设计有一定宽度的通孔，用于放置所述双凸透镜a和所述硒光电池X，将所述双凸透镜a从所述参照光系统支撑座(3)的上端突出部分插入通孔内，所述硒光电池X从所述参照光系统支撑座(3)的下端插入通孔内，并固定在所述双凸透镜a的焦点处，然后将所述下护罩(2)套在所述参照光系统支撑座(3)上。
5.根据权利要求1所述的一种双光程高灵敏度比色装置，其特征在于：所述全反射镜模块(12)主要由全反射镜支撑座(13)和第二全反射镜(14)组成，所述全反射镜支撑座(13)的右侧设计有一内凹槽，用于安装第二全反射镜(14)。
6.根据权利要求1所述的一种双光程高灵敏度比色装置，其特征在于：所述中间带有小孔的全反射镜(7)的小孔与双凸透镜b、光源(5)、第二全反射镜(14)的光路在一条直线上。
7.根据权利要求1所述的一种双光程高灵敏度比色装置，其特征在于：所述中间带有小孔的全反射镜(7)的小孔直径为5毫米。
8.根据权利要求1所述的一种双光程高灵敏度比色装置，其特征在于：所述中间带有小孔的全反射镜(7)安装位置位于所述双凸透镜a、所述双凸透镜b和所述双凸透镜c的焦点处。
9.根据权利要求1所述的一种双光程高灵敏度比色装置，其特征在于：所述中间带有小孔的全反射镜(7)与光路成45度角方向安装。
10.一种使用如权利要求5所述的一种双光程高灵敏度比色装置检测物质浓度的方法，其特征在于：所述光源(5)发射光束，光束通过所述双凸透镜b汇聚光束并射出，到达所述中间带有小孔的全反射镜(7)上，所述中间带有小孔的全反射镜(7)将一部分光束反射到所述双凸透镜a上，所述双凸透镜a汇聚光束并将光束射到所述硒光电池X上，所述硒光电池X接收光束，并将光信号转换成电信号，得到输出电压U1；另一部分光束穿过所述中间带有小孔的全反射镜(7)的小孔，经过所述比色皿(11)，然后到达所述第二全反射镜(14)，光束通过所述第二全反射镜(14)反射后沿着光路返回，再次经过所述比色皿(11)，然后再次到达所述中间带有小孔的全反射镜(7)上，所述中间带有小孔的全反射镜(7)将光束反射到所述双凸透镜c上，所述双凸透镜c汇聚光束并将光束发射到所述硒光电池Y上，所述硒光电池Y接收光束，并将光信号转换成电信号，得到输出电压U2，这样就实现了双光程比色，然后根据公式即可计算出被测物质的浓度。
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