CN104122231A - 一种在线式自校准水质浊度检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在线式自校准水质浊度检测系统，属于环保测量技术领域。本检测系统包括光源、准直透镜、校正光路和测量光路。光源发出的光经过准直透镜后变成平行光，平行光依次透过校正光路中的标准浊度水样通道和测量光路中的待测水样通道，产生的90°散射光经过聚焦透镜照射到光探测器上；光探测器将接收光信号转化为电信号，经过数字转换器后转换成数字信号，处理器对接收的两路数字信号进行处理运算，得到待测水质浊度并显示。本发明检测系统，能显著抑制杂散光等噪声对浊度测量的影响，有效提高浊度检测的准确度和长期稳定性。

Description

一种在线式自校准水质浊度检测系统

技术领域

本发明涉及一种在线式自校准水质浊度检测系统，属于环保测量技术领域。

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们对饮用水水质的要求也越来越高。浊度是表征水样质量的重要参数之一，因此对水质进行在线检测具有十分重要的意义。

浊度测量通常是检测样品的90°散射光的量，散射光强度越大，表示样品的浊度越大。目前国际上存在两种检测标准：USEPA180.1和ISO7027。两个标准采用不同的光源，USEPA180.1标准采用400～600nm峰值波长的钨灯为光源，ISO7027标准采用860nm峰值波长的LED为光源。由于散射作用对400～600nm的光较为敏感，所以USEPA180.1标准具有较好的敏感度。由于860nm的红外光基本不受水样色度的影响，所以ISO7027标准的抗干扰能力比较强。本发明对这两种标准均适用。

浊度检测对光源的强度稳定性要求较高，光源的强度波动和长期使用后的强度衰减直接影响检测结果的准确性。因此，在实际的检测中要求定期进行人工校准或更换光源。

发明内容

本发明的目的是提出一种在线式自校准水质浊度检测系统，以消除已有的水质浊度测试过程中存在的光源强度波动和强度衰减对浊度测量结果的影响，提高水质浊度的检测精度和检测结果的稳定性。

本发明提出的在线式自校准水质浊度检测系统，包括光源、准直透镜、校正光路和测量光路，所述的校正光路包括标准浊度水样通道、第一聚焦透镜、第一滤光片和第一光探测器，所述的测量光路包括待测水样通道、第二聚焦透镜、第二滤光片和第二光探测器；光源发出的光经过准直透镜后变成平行光，该平行光依次透过校正光路中的标准浊度水样通道和测量光路中的待测水样通道，平行光照射到标准浊度水样通道中产生的90°散射光经过第一聚焦透镜和第一滤光片后照射到光探测器上；平行光照射到待测水样通道中产生的90°散射光经过第二聚焦透镜和第二滤光片，照射到第二光探测器上；所述的第一光探测器和第二光探测器分别将接收的第一路光信号和第二路转化为第一路电信号和第二路电信号，经过数字转换器后转换成第一路数字信号和第二路数字信号所述的传输给处理器对接收的第一路数字信号和第二路数字信号进行处理运算，得到待测水质浊度，并将待测水质浊度发送至所述的显示器上进行显示。

本发明提出的在线式自校准水质浊度检测系统，其优点是：

1、本发明的水质浊度检测系统中，标准浊度水样通道31和待测水样通道41为空气时，校正用光探测器34和测量用光探测器44得到的是噪声信号；标准浊度水样通道和测量用水样通道内为标准浊度水样和待测水样时，校正用光探测器和测量用光探测器得到的是标准浊度水样和待检水样的检测信号。检测信号与噪声信号做差减后得到有效信号，能显著抑制杂散光等噪声对浊度测量的影响。

2、利用本发明的水质浊度检测系统，测量的浊度值与待检水样和标准水样有效信号的比值成正比，不受光源强度波动或衰减的影响，能够有效提高浊度检测的准确度和长期稳定性。

附图说明

图1是本发明提出的在线式自校准水质浊度检测系统的结构示意图。

图1中，1是光源，2是准直透镜，3是校正光路，4是测量光路，5是数字转换器，6是处理器，7是显示器。校正光路3中，31是标准浊度水样通道，32是第一聚焦透镜，33是第一滤光片，34是第一光探测器。测量光路4中，41是待测水样通道，42是第二聚焦透镜，43是第二滤光片，44是第三光探测器。

具体实施方式

本发明提出的在线式自校准水质浊度检测系统，其结构如图1所示，包括光源1、准直透镜2、校正光路3和测量光路4。校正光路3包括标准浊度水样通道31、第一聚焦透镜32、第一滤光片33和第一光探测器34。测量光路4包括待测水样通道41、第二聚焦透镜42、第二滤光片43和第二光探测器44。光源1发出的光经过准直透镜2后变成平行光，该平行光依次透过校正光路中的标准浊度水样通道31和测量光路中的待测水样通道41，标准浊度水样通道31中充满浊度已知的标准浊度水样，待测水样通道41中充满待测水样。平行光照射到标准浊度水样通道31中产生的90°散射光经过第一聚焦透镜32和第一滤光片33后照射到光探测器34上；平行光照射到待测水样通道41中产生的90°散射光经过第二聚焦透镜42和第二滤光片43，照射到第二光探测器44上。第一光探测器34和第二光探测器44分别将接收的第一路光信号和第二路转化为第一路电信号和第二路电信号，经过数字转换器5后转换成第一路数字信号和第二路数字信号所述的传输给处理器6对接收的第一路数字信号和第二路数字信号进行处理运算，得到待测水质浊度，并将待测水质浊度发送至所述的显示器7上进行显示。

本发明的检测系统中，光源1、标准浊度水样通道31和待测水样通道41处于同一平面上，光源1发出的光线先后通过标准浊度水样通道31和待测水样通道41。校正用光探测器34和测量用光探测器44与光源均呈90°布置，光源在标准浊度水样通道31的90°散射光由校正用光探测器34接收，光源在测量用水样通道41的90°散射光由测量用光探测器44接收。

以下结合附图，详细介绍本发明检测系统的工作原理和工作过程：

步骤1，当标准浊度水样通道31、待测水样通道41内均为空气时，设校正用光探测器34和测量用光探测器44接收到的信号分别为I10和I20；

步骤2，当标准浊度水样通道31内为标准浊度水样、待测水样通道41内为待检水样时，设校正用光探测器34和测量用光探测器44接收到的信号分别为I11和I21；

步骤3，得到待测水样的浊度T为：T＝α(I21-I11)/(I20-I10)，其中α为一个比例系数，通过拟合方法确定：标准水样通道内的水样不变，在待测水样通道内通入不同已知浊度的水样，通过拟合的方法确定α的值。

本发明提出的水质浊度检测系统中，光源1可以使用中心波长为860nm的LED灯。光源1发出的光经过准直透镜2变成平行光，然后依次透过校正光路3中的标准浊度水样通道31，和测量光路4中的待测水样通道41。标准浊度水样通道31和待测水样通道41使用圆柱形石英玻璃管。标准浊度水样通道31中充满浊度已知(如1NTU)的标准浊度水样，待测水样通道41中充满待测水样。平行光照射到标准浊度水样通道31中产生的90°散射光经过聚焦透镜32和滤光片33，照射到光探测器34上。平行光照射到待测水样通道41中产生的90°散射光经过聚焦透镜42和滤光片43，照射到光探测器44上。第一光探测器34和第二光探测器44分别使用频率输出的硅光电二极管(TSL237，TAOS Inc.，USA)，将校正信号和测量信号发送给数字转换器。数字转换器5可以使用频率-数字信号转换器(UFDC-1，Sensors Web Portal Inc.，Canada,)将频率信号转化为数字信号，发送给处理器。处理器6可以使用嵌入式单片机(MSP430，Texas Instruments Inc.,USA)，对校正信号和测量信号进行处理运算，运算结果显示在显示器7上。

光源1可以用卤素钨灯，也可用中心波长为860nm的LED灯或激光器。标准浊度水样通道31和待测水样通道41可以使用圆柱形石英玻璃管，也可使用矩形或其他形状的透明材料。标准浊度水样通道31中可充满任意浊度值的标准水样。滤光片可以使用，也可不使用。光电探测器34和44可以使用其他类型输出的光电转换器件(如电压输出，电流输出，等)。根据光电转换器的类型，选择合适的数字转换器，如AD转换器，频数转换器，等。处理器可采用单片机，也可采用计算机。

Claims (1)

1.一种在线式自校准水质浊度检测系统，其特征在于该检测系统包括光源、准直透镜、校正光路和测量光路，所述的校正光路包括标准浊度水样通道、第一聚焦透镜、第一滤光片和第一光探测器，所述的测量光路包括待测水样通道、第二聚焦透镜、第二滤光片和第二光探测器；光源发出的光经过准直透镜后变成平行光，该平行光依次透过校正光路中的标准浊度水样通道和测量光路中的待测水样通道，平行光照射到标准浊度水样通道中产生的90°散射光经过第一聚焦透镜和第一滤光片后照射到光探测器上；平行光照射到待测水样通道中产生的90°散射光经过第二聚焦透镜和第二滤光片，照射到第二光探测器上；所述的第一光探测器和第二光探测器分别将接收的第一路光信号和第二路转化为第一路电信号和第二路电信号，经过数字转换器后转换成第一路数字信号和第二路数字信号所述的传输给处理器对接收的第一路数字信号和第二路数字信号进行处理运算，得到待测水质浊度，并将待测水质浊度发送至所述的显示器上进行显示。