CN106198457B - 多通道液体透射及散射测量装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光辐射测量技术领域，具体为一种多通道液体透射及散射测量装置和方法。本发明装置由N个单通道圆柱并行排列组成(N≥2)；每个单通道圆柱分为上部的散射光积分室和下部的透射光测量室，两者之间由不透光隔板隔开，并分别由探测器测量散射光和透射光的强度；所有探测器都与外部的存储模块和数据处理模块相连，以实现测量数据的远程传输，多通道同时测量不同波长的光在水体中的透射率及散射率。每个通道不同波长的激光入射测量装置圆柱后，其透射光强由透射光测量室测得，散射光强由散射光测量室测得，从而实现多通道同时测量不同波长的光在水体中的透射率及散射率。

Description

多通道液体透射及散射测量装置和方法
技术领域
本发明属于光辐射测量技术领域，具体涉及一种多通道液体透射及散射测量装置和方法。
背景技术
水对光的吸收和散射造成光在水中的衰减很严重。目前关于光在海水介质中传输的研究主要采用衰减系数模型，通过实测得到海水的衰减系数。但是根据光传输距离的不同，如果要求误差越小，那么实验测得不同深度下的衰减系数值就会越多，这种方法虽较准确但十分不便。
专利201210041509提出了一种分层获取吸收系数和散射系数来计算透过率，再将每一层的透过率相乘得到水体整体透过率的方法。这种方法的不足之处在于，其计算所需的吸收系数和散射系数需通过其他途径获取而不是实测值，会造成最终结果的较大误差。
专利201510014182提出一种水下全角度浊度测量方法，通过反光镜环将散射到各方向上的光反射到同一个方向上，只需一个光强传感器即可收集到各个角度的散射光强信号。但这种方法一次只能对一种光源进行测量。
专利2008102195776提出一种广角水体散射函数测量装置，若干个探头分别安置于一个半圆环机器半径的不同位置，可测量与光源夹角0~180°范围内的透射光和不同方向的散射光，但需要多个探头，装置结构复杂。
为了方便实地测量水体对光的透射及散射，不少测量装置都是浸入式的。专利201410026241提出一种通过减少密封部位而使其长期稳定性良好的浊度计，该装置用光学窗将透射及散射光导向各自的收容空间进行测量，但其测得的散射光只限于和光源垂直的方向。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可以多通道同时测量水体中光透射率及散射率的装置与方法。
本发明提供的多通道液体透射及散射测量装置，包括N个单通道圆柱(N≥2，例如可为100≥ N≥2)，所有圆柱并行排列，由外部固定架固定在一起；每个单通道圆柱分为上部的散射光积分室和下部的透射光测量室，两者之间由不透光隔板隔开，并分别由探测器测量散射光和透射光的强度；所有探测器都通过无线通信模块与外部的智能终端相连，可以实现测量数据的远程传输和处理，多通道同时测量不同波长的光在水体中的透射率及散射率。
本发明中，所述单通道圆柱，上部的散射光积分室，其顶部中间设有激光入射口，顶部还设有入水口，散射光积分室底部（即不透光隔板上方位置）设有出水口，内壁涂覆高反射涂层；散射光强探测器设置于散射光积分室侧壁（如中部位置）；下部的透射光测量室，其内壁涂覆黑色吸收涂层，透射光强探测器设置于底部；不透光隔板正中开有一小孔，激光入射口、隔板小孔和透射光强探测器位于一条直线上。
本发明中，所述单通道圆柱采用耐腐蚀且耐高水压的材料；圆柱外直径≤10 cm（例如，5 cm≤外直径≤10 cm），减少反射光在通道内的多次衰减。
本发明中，单通道圆柱的上部散射光积分室和下部透射光测量室的高度比γ=5−20。
本发明中，所述散射光积分室内壁涂覆的高反射涂层，涂层材料可为聚四氟乙烯、氧化镁(MgO)或硫酸钡(BaSO4)。所述下部的透射光测量室内壁涂覆的黑色吸收涂层，涂层材料可为黑漆、碳黑、黑硅或纳米碳管。
本发明中，所述散射光强探测器和透射光强探测器均为带模数转换模块无线通信模块的数字化器件，可将探测的光强数字化后通过无线通信模块发送到智能终端的应用软件，由此可以计算出散射率和透射率。
本发明中，所述入水口和出水口通道中设有双层网，以减轻水流对透射激光传播的影响。
本发明还提供基于上述测量装置的多通道液体透射及散射测量方法，具体步骤为：
a、智能终端的应用软件通过无线通信方式与探测器连接，确认测量装置工作正常；
b、将测量装置放置在空气中，设单个通道的激光光强为I 0，激光入射测量装置后，部分在散射光积分室内散射，散射光经内壁多次反射，由散射光强探测器测得散射光强I 1；在透射光测量室由透射光强探测器测得透射光强I 2；
c、将测量装置放置到待测液体中，待测液体通过入水口进入到测量装置内，等待测液体充满装置；
d、测量激光在待测液体中的散射光强及透射光强，得待测液体的散射率和透射率；
e、设测量装置的激光入射口与透射光强探测器之间的距离l，根据，可求得待测液体的体积衰减系数。
本发明可以实现多通道同时测量不同波长的光在水体中的透射率及散射率，毋需实用光谱仪，简单易用，测量结果可靠，可应用于不同水体的测量。
附图说明
图1为本发明的多通道液体透射及散射测量装置图示。
图2为本发明的单通道圆柱结构的剖面图。
图中标号：1—激光入射口；2—不透光柱体；3—入水口；4—出水口；5—散射光强探测器；6—透射光强探测器；7—不透光隔板；8—高反射涂层；9—黑色吸收涂层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明的多通道液体透射及散射测量装置，包括40个单通道圆柱，所有圆柱并行排列，外部由固定架固定在一起。每个圆柱的激光入射口1与透射光强探测器6之间的距离为l，都是不透光柱体2，每个圆柱由散射光室和透射光室串联而成，分别有探头测量散射光和透射光的强度；探头都与存储模块和数据处理模块相连，可以实现测量数据的远程传输。
透射光强探测器6位于圆柱底部正中位置，散射光强探测器5位于侧壁。不透光隔板7固定在圆柱下方，挡去几乎所有散射光，将圆柱分为测量散射光的上部和测量透射光的下部，上下部长度比为9:1。不透光隔板7正中开一小孔，使激光入射口1、小孔和透射光强探测器6位于一条直线上。
进行测量时，首先将测量装置放置在空气中，单个通道的激光光强为I 0，从激光入射口1入射装置后，在散射光积分室内散射，散射光经内壁高反射涂层9的多次反射，由散射光强探测器5测得散射光强I 1；在透射光室由透射光强探测器6测得透射光强I 2。
之后将装置全部浸入于液体中。液体从入水口3流入，出水口4流出。入水口3位于圆柱顶部，出水口4位于圆柱底部；入水口和出水口通道固定有双层网，以减轻水流对光传播的影响；激光从激光入射口1射入圆柱中；由透射光强探测器6测量透射光强；由散射光强探测器5测量入射激光在液体中的散射光强。
可得到待测液体的散射率和透射率；根据，可求得待测液体的体积衰减系数。
40个单通道圆柱可以同时工作，每个圆柱入射不同的激光，进行多通道的液体透射及散射测量。

Claims (6)

1.一种多通道液体透射及散射测量装置，其特征在于，包括N个单通道圆柱，N≥2，所有圆柱并行排列，由外部固定架固定在一起；每个单通道圆柱分为上部的散射光积分室和下部的透射光测量室，两者之间由不透光隔板隔开，并分别由探测器测量散射光和透射光的强度；所有探测器都通过无线通信模块与外部的智能终端相连，以实现测量数据的远程传输和处理，多通道同时测量不同波长的光在水体中的透射率及散射率；
所述单通道圆柱中，上部的散射光积分室，其顶部中间设有激光入射口，顶部还设有入水口，底部即不透光隔板上方位置设有出水口，内壁涂覆高反射涂层；散射光强探测器设置于散射光积分室侧壁；下部的透射光测量室，其内壁涂覆黑色吸收涂层，透射光强探测器设置于底部；不透光隔板正中开有一小孔，激光入射口、隔板小孔和透射光强探测器位于一条直线上。
2.根据权利要求1所述的多通道液体透射及散射测量装置，其特征在于，所述单通道圆柱采用耐腐蚀且耐高水压的材料；圆柱外直径≤10 cm，减少反射光在通道内的多次衰减。
3.根据权利要求1所述的多通道液体透射及散射测量装置，其特征在于，单通道圆柱的上部散射光积分室和下部透射光测量室的高度比γ=5−20。
4.根据权利要求1所述的多通道液体透射及散射测量装置，其特征在于，所述散射光积分室内壁涂覆的高反射涂层，涂层材料为聚四氟乙烯、氧化镁或硫酸钡；所述透射光测量室内壁涂覆的黑色吸收涂层，涂层材料为黑漆、碳黑、黑硅或纳米碳管。
5.根据权利要求1所述的多通道液体透射及散射测量装置，其特征在于，所述散射光强探测器和透射光强探测器均为带模数转换模块和无线通信模块的数字化器件，可将探测的光强数字化后通过无线通信模块发送到智能终端的应用软件，由此可以计算出散射率和透射率。
6.基于权利要求1−5之一所述的测量装置的多通道液体透射及散射测量装置方法，其特征在于，具体步骤为：
a、智能终端的应用软件通过无线通信方式与探测器连接，确认测量装置工作正常；
b、将测量装置放置在空气中，设单个通道的激光光强为I0，激光入射测量装置后，部分在散射光积分室内散射，散射光经内壁多次反射，由散射光强探测器测得散射光强I1；在透射光测量室由透射光强探测器测得透射光强I2；
c、将测量装置放置到待测液体中，待测液体通过入水口进入到测量装置内，等待测液体充满装置；
d、测量激光在待测液体中的散射光强及透射光强，得待测液体的散射率和透射率；
e、设测量装置的激光入射口与透射光强探测器之间的距离l，根据，可求得待测液体的体积衰减系数。
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