CN102384901B - 化学需氧量检测方法及检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液体分析检测技术领域，具体涉及一种化学需氧量检测方法及检测装置，可以提高化学需氧量的测量分辨率和测量精度，提高信噪比；所述方法在反应完成后，由信号处理电路根据反馈的光检测器输出信号，通过光源驱动电路控制光源输出光的强度，使光检测器输出的信号强度处于信号处理电路允许的范围内；所述装置包括消解器、光源、光源驱动电路、光检测器和信号处理电路通过光检测器获取的信号，获得与被测溶液浓度相适应的光强度，向光源驱动电路输出控制信号，以控制光源发出所需强度的光。

Description

化学需氧量检测方法及检测装置
技术领域
本发明涉及液体分析检测技术领域，具体涉及一种化学需氧量检测方法及检测装置。
背景技术
水质化学需氧量(COD)是我国颁布的环境水质标准的主要监测指标之一，它反映了水体受还原性物质污染的程度。水中有机物和还原性物质被化学氧化剂氧化所消耗的氧化剂量，折算成每升水样消耗氧的毫克数，用mg/L表示。由于有机物是主要的还原性污染物，所以化学需氧量(COD)可作为衡量水质受有机物污染程度的综合指标，被广泛地应用于污水中有机物含量的测定，是评价水体污染程度的重要参数。
目前化学需氧量的测量主要是基于重铬酸盐法，以重铬酸钾为氧化剂，硫酸银为催化剂，硫酸汞为氯离子的掩蔽剂，在高温高压下反应，使六价铬离子被还原成三价铬离子，冷却后通过光电比色法检测三价铬离子的吸光度，根据朗伯比尔定律计算出水样的化学需氧量值。然而，影响化学需氧量测量精度的因素很多，容易受到环境光、水体的色度、消解管的污染、加药的精度、光电器件的温漂、噪声等因素的影响。
现有技术基于重铬酸盐法，对于高浓度化学需氧量和宽量程的化学需氧量的测量，只采用调制的恒流光源驱动方式难以获得高的分辨率和测量精度。由于上述方法采用的是调制的恒流光源驱动方式，入射光的强度是恒定的，对于宽量程的化学需氧量的测量，1mg的化学需氧量对应的信号分度值很小，对于高量程的化学需氧量的测量，对应的信号值很小，从而影响了测量的分辨率和测量精度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种化学需氧量检测装置及检测方法，可以提高化学需氧量的测量分辨率和测量精度，提高信噪比。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：化学需氧量检测方法，包括如下步骤：
1)光源驱动电路控制光源输出恒定强度光，消解器中被测溶液反应前透射光强度Ref；
2)消解器中被测溶液进行化学需氧量反应，反应完成后，由信号处理电路根据反馈的光检测器输出信号，通过光源驱动电路控制光源输出光的强度，使光检测器输出的信号强度处于信号处理电路允许的范围内；
3)光检测器检测反应完成后的透射光强度Val；
4)通过下式获得被测溶液化学需氧量的吸光度值A测，然后获得对应的水质需氧量值：
A测＝log(aRef/Val)；
上式中，a为信号处理电路输出的光强调节系数。
进一步，步骤2)中进行的化学需氧量反应为重铬酸盐法化学需氧量反应。
本发明的另一目的是提供一种可实现上述方法的化学需氧量检测装置，可以提高化学需氧量的测量分辨率和测量精度。
本发明的这一目的是这样实现的：化学需氧量检测装置，包括消解器、光源、光源驱动电路、光检测器和信号处理电路，所述光源与光检测器相对设置于消解器两侧，所述信号处理电路包括：
信号调理电路，对光检测器输出的信号进行调理后输出到处理器；
处理器，对调理后的信号进行处理，获得与被测溶液浓度相适应的光强度，向光源驱动电路输出控制信号，以控制光源发出所需强度的光。
进一步，所述信号调理电路包括依次电连接的IV转换电路、带通滤波电路和低通滤波电路。
进一步，所述处理器中包括傅里叶算法模块和光源驱动算法模块，所述光源驱动算法模块获得与被测溶液浓度相适应的光强度，傅里叶算法模块为光源驱动算法模块提供反馈。
本发明的有益效果是：1、采用反馈比例调节光源驱动的方式，可以提高化学需氧量的测量分辨率和测量精度，提高了信噪比；
2、采用带通滤波电路及其串联的低通滤波器对信号进行处理，能够削减叠加在有效信号上的各种干扰信号；
3、采用傅立叶算法对检测信号进行处理，从频域上进行分析，能够提高信号的抗干扰性。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
图1示出了化学需氧量检测装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
参见图1，本实施例的化学需氧量检测装置，包括消解器、光源、光源驱动电路、光检测器和信号处理电路，所述光源与光检测器相对设置于消解器两侧，所述信号处理电路包括：
信号调理电路，对光检测器输出的信号进行调理后输出到处理器，所述信号调理电路包括依次电连接的IV(电流/电压)转换电路、带通滤波电路和低通滤波电路；
处理器，所述处理器中包括傅里叶算法模块和光源驱动算法模块，所述光源驱动算法模块对调理后的信号进行处理，获得与被测溶液浓度相适应的光强度，傅里叶算法模块为光源驱动算法模块提供反馈，处理器根据光源驱动算法模块的运算结果，向光源驱动电路输出控制信号，以控制光源发出所需强度的光。
本实施例的化学需氧量检测方法，包括如下步骤：
1)光源驱动电路控制光源输出恒定强度光，消解器中被测溶液反应前透射光强度Ref；
2)消解器中被测溶液进行重铬酸盐法化学需氧量反应，反应完成后，由信号处理电路根据反馈的光检测器输出信号，通过光源驱动电路控制光源输出光的强度，使光检测器输出的信号强度处于信号处理电路允许的范围内；
3)光检测器检测反应完成后的透射光强度Val；
4)通过下式获得被测溶液化学需氧量的吸光度值A测，然后获得对应的水质需氧量值：
A测＝log(aRef/Val)；
上式中，a为信号处理电路输出的光强调节系数。上式的推导过程如下：
基于朗伯比尔定律，可知：
A＝lg(1/T)＝Kbc                                 (1)
其中A为吸光度；T为透射比，即透射光强度与入射光强度之比；c为吸光物质的浓度，单位mol/L；b为吸收层厚度，单位cm；K为固定系数。对于同一种溶液，其吸光度是恒定的。因此水体化学需氧量的吸光度值A测等于系统总的吸光度值A总减去其它干扰因素的吸光度值A扰，即如下公式：
A测＝A总-A扰                                    (2)
测量任何浓度化学需氧量的水体反应前信号时，保持光源输出强度不变，即入射光强度I保持不变，得到反应前透射光强度Ref，根据式(1)可以得出其它干扰因素的吸光度值A扰。
A扰＝lg(I/Ref)                                  (3)
而入射光的强度与相对应的透射光强度应成比例关系，即当入射光强度变化时，透射光强度也随着比例变化，根据式(1)得到：
A总＝lg(aI/Val)                                 (4)
上式中a为信号处理电路输出的光强调节系数。
根据式(2)，将式(4)减去式(3)可得到：
A测＝lg(aI/Val)-lg(I/Ref)           (5)
简化得到：
A测＝log(aRef/Val)                  (6)
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.化学需氧量检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）光源驱动电路控制光源输出恒定强度光，检测消解器中被测溶液反应前透射光强度Ref；
2）消解器中被测溶液进行化学需氧量反应，反应完成后，由信号处理电路根据反馈的光检测器输出信号，通过光源驱动电路控制光源输出光的强度，使光检测器输出的信号强度处于信号处理电路允许的范围内；
3）光检测器检测反应完成后的透射光强度Val；
4）通过下式获得被测溶液化学需氧量的吸光度值A测，然后获得对应的水质需氧量值：
A测=log（aRef/Val）；
上式中，a为信号处理电路输出的光强调节系数；
所述2）中，所述信号处理电路包括：信号调理电路和处理器，所述信号调理电路包括：依次电连接的IV转换电路、带通滤波电路和低通滤波电路，用于依次对光检测器输出的信号进行电流－电压转换、带通滤波和低通滤波，并输出至所述处理器；所述处理器，用于对调理后的信号进行处理，获得与被测溶液浓度相适应的光强度，向光源驱动电路输出控制信号，以控制光源发出所需强度的光。
2.根据权利要求1所述的化学需氧量检测方法，其特征在于：步骤2）中进行的化学需氧量反应为重铬酸盐法化学需氧量反应。
3.一种用于实现权利要求1所述的化学需氧量检测方法的化学需氧量检测装置，其特征在于：包括消解器、光源、光源驱动电路、光检测器和信号处理电路，所述光源与光检测器相对设置于消解器两侧，所述信号处理电路包括：
信号调理电路，对光检测器输出的信号进行调理后输出到处理器；
处理器，对调理后的信号进行处理，获得与被测溶液浓度相适应的光强度，向光源驱动电路输出控制信号，以控制光源发出所需强度的光；
所述信号调理电路包括依次电连接的IV转换电路、带通滤波电路和低通滤波电路。
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