CN106568715A - 一种在线式全光谱水质分析仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在线式全光谱水质分析仪，包括光路模块，光路模块通信连接测控系统，光路模块包括光源驱动单元，光源驱动单元的输出端连接光源单元的驱动端，光源单元发出的光束经过聚焦准直分光单元聚焦进入第一一分二光纤的单端，第一一分二光纤的双端分别将光束进入准直单元，光束经过准直单元进入光束选择器，光束经过光束选择器分别进入测量通道单元及参比通道单元，测量通道单元及参比通道单元输出的光束分别经过聚焦单元进入第二一分二光纤的双端，第二一分二光纤的单端连接光谱仪的输入端。可根据不同的水体测试要求直接替换拆装光程件，方便，快捷。可以实现参比通道密封蒸馏水，提高测试准确度。

Description

一种在线式全光谱水质分析仪
技术领域
本发明属于测试装置的技术改进领域，尤其涉及一种在线式全光谱水质分析仪。
背景技术
现有水质光谱检测设备：1.非在线式水质光谱分析仪，通常人工采样后利用化学和光谱的方法进行实验室检测2.在线式单参数水质光谱分析仪，含有复杂的预处理系统。3.在线式多参数水质光谱分析仪，为多传感器集成组合式。光谱法使用光谱一般使用单色光或者是200-400nm紫外光连续光。
非在线式和在线式单参数水质光谱分析仪一般都要进行水样预处理，此工艺繁杂、测量周期长、所需化学试剂多、成本高、污染环境。目前也有多参数的水质监测系统，但都是采用多个传感器进行集成，此法需要多个不同类型传感器，成本较高，不便于操作。目前在线式水质光谱分析仪都不能实现把仪器直接放入水中在线式原位检测。样品吸收池的光程一般都是固定的不能无法实现吸收光程的调节，导致测试范围较窄。双光束的参比光路一般都是空气，由于空气和水的折射率相差较大，使得光路稍有偏差，导致测试误差较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在线式全光谱水质分析仪，旨在解决上述的技术问题。
本发明是这样实现的，一种在线式全光谱水质分析仪，所述在线式全光谱水质分析仪包括光路模块及测控系统，所述光路模块通信连接所述测控系统，所述光路模块包括光源驱动单元、光源单元、聚焦准直分光单元、测量通道单元、参比通道单元、第一一分二光纤、准直单元、聚焦单元、第二一分二光纤及光谱仪，所述光源驱动单元的输出端连接所述光源单元的驱动端，所述光源单元发出的光束经过聚焦准直分光单元聚焦进入所述第一一分二光纤的单端，所述第一一分二光纤的双端分别将光束进入准直单元，光束经过准直单元进入光束选择器，光束经过光束选择器分别进入测量通道单元及参比通道单元，所述测量通道单元及参比通道单元输出的光束分别经过聚焦单元进入第二一分二光纤的双端，所述第二一分二光纤的单端连接所述光谱仪的输入端。
本发明的进一步技术方案是：所述测量通道单元及参比通道单元分别设置于样品池上，所述样品池固定连接有光程件，所述光程件的两侧通过密封圈与所述样品池相连。
本发明的进一步技术方案是：所述光程件包括原位式光程件及岸上式光程件，所述原位式光程件包括本体，所述本体的两侧中间设有通孔，所述本体的顶面两端分别设有向下的凹陷部，两个凹陷部之间设有凹槽，所述凹陷部的底面对称设有螺纹孔，所述凹槽两侧通孔通过石英窗口镜片密封连接。
本发明的进一步技术方案是：所述岸上式光程件包括本体，所述本体的顶面设有向下的凹陷槽，所述本体的相对侧面中间分别设有通孔，所述凹陷槽的底面角位置设有螺纹孔。
本发明的进一步技术方案是：所述样品池的截面成圆形，所述样品池的两端均向下凹陷成阶梯形，两凹陷之间分别设有测量通道孔及参比通道孔，所述样品池的圆形表面中间设有向内凹陷的测量凹陷部，所述测量凹陷部的对称面设有向内的凹陷面，所述凹陷面中间设有向下的参比凹陷槽，所述测量凹陷部底面设有固定螺纹孔，所述凹陷面上在参比凹陷槽两侧设有固定螺纹孔。
本发明的进一步技术方案是：所述聚焦准直分光单元采用的是两块凹面相对设置的凸透镜；所述准直单元采用的是两面凸透镜；所述聚焦单元采用的是两面凸透镜。
本发明的进一步技术方案是：所述光源单元采用的是氙灯。
本发明的进一步技术方案是：所述测控系统包括主控模块及控制板，所述主控模块通信连接所述控制板双向通信，所述主控模块包括平行设置的时序控制单元及测控单元。
本发明的进一步技术方案是：所述控制板上分别设有中央处理器MCU、光传感器阵列时序产生单元、光传感器阵列单元、光电监测单元、信号调解及放大处理单元、A/D转换单元及数据缓冲及处理单元，所述中央处理器MCU的输出端分别连接光源驱动单元的输入端、光传感器阵列时序产生单元的输入端、数据缓存及处理单元的输入端及A/D转换单元的输入端，所述光传感器阵列时序产生单元的输出端连接所述光传感器阵列的输入端，所述光传感器阵列的输入端还连接所述光束选择器的输出端，所述光传感器阵列的输出端连接所述信号调解及放大处理单元的输入端，所述信号调解及放大处理单元输出端连接所述A/D转换单元的输入端，所述A/D转换单元的输出端连接所述数据缓存及处理单元的输入端，所述数据缓存及处理单元的输入端还连接所述光电监测单元的输出端，所述光电监测单元的输入端连接所述光束选择器的输出端，所述数据缓存及处理单元的输出端连接所述测控单元的输入端，所述中央处理器MCU的输入端连接所述时序控制单元的输入端。
本发明的进一步技术方案是：所述主控模块采用的是上位机或主系统。
本发明的有益效果是：可以进行紫外可见区（190-730nm）光谱扫描，可以利用可见光区光谱实现对浊度补偿，提高测试准确性，可以通过更换光程件实现完全浸入水中和岸上水质监测两种不同形式，可根据不同的水体测试要求直接替换拆装光程件，方便，快捷。可以实现参比通道密封蒸馏水，提高测试准确度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的光路模块的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的测控系统的结构框图。
图3是本发明实施例提供的样品池的结构图一。
图4是本发明实施例提供的样品池的结构图一。
图5是本发明实施例提供的样品池的结构图一。
图6是本发明实施例提供的样品池的结构图一。
图7是本发明实施例提供的原位式光程件的结构图。
图8是本发明实施例提供的岸上式光程件的结构图。
具体实施方式
图1示出了本发明提供的在线式全光谱水质分析仪，所述在线式全光谱水质分析仪包括光路模块及测控系统，所述光路模块通信连接所述测控系统，所述光路模块包括光源驱动单元、光源单元、聚焦准直分光单元、测量通道单元、参比通道单元、第一一分二光纤、准直单元、聚焦单元、第二一分二光纤及光谱仪，所述光源驱动单元的输出端连接所述光源单元的驱动端，所述光源单元发出的光束经过聚焦准直分光单元聚焦进入所述第一一分二光纤的单端，所述第一一分二光纤的双端分别将光束进入准直单元，光束经过准直单元进入光束选择器，光束经过光束选择器分别进入测量通道单元及参比通道单元，所述测量通道单元及参比通道单元输出的光束分别经过聚焦单元进入第二一分二光纤的双端，所述第二一分二光纤的单端连接所述光谱仪的输入端。
所述测量通道单元及参比通道单元分别设置于样品池上，所述样品池固定连接有光程件，所述光程件的两侧通过密封圈与所述样品池相连。
所述光程件包括原位式光程件及岸上式光程件，所述原位式光程件包括本体，所述本体的两侧中间设有通孔，所述本体的顶面两端分别设有向下的凹陷部20，两个凹陷部之间设有凹槽21，所述凹陷部20的底面对称设有螺纹孔，所述凹槽21两侧通孔通过石英窗口镜片密封连接。
所述岸上式光程件包括本体，所述本体的顶面设有向下的凹陷槽30，所述本体的相对侧面中间分别设有通孔32，所述凹陷槽30的底面角位置设有螺纹孔。
所述样品池10的截面成圆形，所述样品池10的两端均向下凹陷成阶梯形，两凹陷之间分别设有测量通道孔及参比通道孔，所述样品池的圆形表面中间设有向内凹陷的测量凹陷部103，所述测量凹陷部103的对称面设有向内的凹陷面101，所述凹陷面中间设有向下的参比凹陷槽102，所述测量凹陷部103底面设有固定螺纹孔，所述凹陷面101上在参比凹陷槽102两侧设有固定螺纹孔。
所述聚焦准直分光单元采用的是两块凹面相对设置的凸透镜；所述准直单元采用的是两面凸透镜；所述聚焦单元采用的是两面凸透镜。
所述光源单元采用的是氙灯。
所述测控系统包括主控模块及控制板，所述主控模块通信连接所述控制板双向通信，所述主控模块包括平行设置的时序控制单元及测控单元。
所述控制板上分别设有中央处理器MCU、光传感器阵列时序产生单元、光传感器阵列单元、光电监测单元、信号调解及放大处理单元、A/D转换单元及数据缓冲及处理单元，所述中央处理器MCU的输出端分别连接光源驱动单元的输入端、光传感器阵列时序产生单元的输入端、数据缓存及处理单元的输入端及A/D转换单元的输入端，所述光传感器阵列时序产生单元的输出端连接所述光传感器阵列的输入端，所述光传感器阵列的输入端还连接所述光束选择器的输出端，所述光传感器阵列的输出端连接所述信号调解及放大处理单元的输入端，所述信号调解及放大处理单元输出端连接所述A/D转换单元的输入端，所述A/D转换单元的输出端连接所述数据缓存及处理单元的输入端，所述数据缓存及处理单元的输入端还连接所述光电监测单元的输出端，所述光电监测单元的输入端连接所述光束选择器的输出端，所述数据缓存及处理单元的输出端连接所述测控单元的输入端，所述中央处理器MCU的输入端连接所述时序控制单元的输入端。
所述主控模块采用的是上位机或主系统。
分析仪按照控制板的时序触发氙灯闪光，氙灯发出的光经过聚焦准直后通过一分二光纤聚焦分别通过测量通道和参比通道，通过电机转动光束选择器选择聚焦后至光谱仪检测。如图1所示。
控制板通过接收主系统/上位机MPU的控制信号产生光传感器阵列的工作时序，同时控制板控制氙灯触发闪光；光传感器阵列接收通过电机转动光束选择器选择聚焦后的光，将光信号
转换为电信号，经过信号调理放大处理后，输出给A/D转换器;经过过光束选择器上的光电检测区分测量通道数据和参比通道数据，转换后的数字信号经过缓存及处理后，上传给上层测控软件模块，绘制成光谱图。如图2所示。
样品池分为测量和参比两个通道，测量通道比参比通道光孔要大，光孔都使用石英窗口镜片密封，测量通道为30mm,底下有四个螺丝孔用来固定光程件，如图3-6所示，左右两侧光孔使用石英窗口镜片密封，腔内可注水，使用密封圈和盖片压紧，再用螺丝固定。
当放入水底时,30mm光程不需要加入光程件可直接放入，若是有光程要求，如5mm,可参见图5设计，左右两侧使用密封圈使之与样品池紧密连接，不至于漏水，光程块开孔要比样品池略大，中间两孔使用石英窗口镜片密封，通过底下螺丝孔与样品池固定连接。
当岸上测试时，可换上岸上的测试专用光程件，30mm光程件参见图6设计，左右两侧使用密封圈使之与样品池紧密连接，不至于漏水，靠近样品两侧不需要使用石英窗口镜片密封（但是小于30mm的需要使用石英窗口镜片密封），光程件开孔要比样品池略大，通过底下螺丝孔与样品池固定连接，上面使用盖片密封。通过上下两孔连接水质导管进行流通。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在线式全光谱水质分析仪，其特征在于，所述在线式全光谱水质分析仪包括光路模块及测控系统，所述光路模块通信连接所述测控系统，所述光路模块包括光源驱动单元、光源单元、聚焦准直分光单元、测量通道单元、参比通道单元、第一一分二光纤、准直单元、聚焦单元、第二一分二光纤及光谱仪，所述光源驱动单元的输出端连接所述光源单元的驱动端，所述光源单元发出的光束经过聚焦准直分光单元聚焦进入所述第一一分二光纤的单端，所述第一一分二光纤的双端分别将光束进入准直单元，光束经过准直单元进入光束选择器，光束经过光束选择器分别进入测量通道单元及参比通道单元，所述测量通道单元及参比通道单元输出的光束分别经过聚焦单元进入第二一分二光纤的双端，所述第二一分二光纤的单端连接所述光谱仪的输入端。
2.根据权利要求1所述的在线式全光谱水质分析仪，其特征在于，所述测量通道单元及参比通道单元分别设置于样品池上，所述样品池固定连接有光程件，所述光程件的两侧通过密封圈与所述样品池相连。
3.根据权利要求2所述的在线式全光谱水质分析仪，其特征在于，所述光程件包括原位式光程件及岸上式光程件，所述原位式光程件包括本体，所述本体的两侧中间设有通孔，所述本体的顶面两端分别设有向下的凹陷部，两个凹陷部之间设有凹槽，所述凹陷部的底面对称设有螺纹孔，所述凹槽两侧通孔通过石英窗口镜片密封连接。
4.根据权利要求3所述的在线式全光谱水质分析仪，其特征在于，所述岸上式光程件包括本体，所述本体的顶面设有向下的凹陷槽，所述本体的相对侧面中间分别设有通孔，所述凹陷槽的底面角位置设有螺纹孔。
5.根据权利要求4所述的在线式全光谱水质分析仪，其特征在于，所述样品池的截面成圆形，所述样品池的两端均向下凹陷成阶梯形，两凹陷之间分别设有测量通道孔及参比通道孔，所述样品池的圆形表面中间设有向内凹陷的测量凹陷部，所述测量凹陷部的对称面设有向内的凹陷面，所述凹陷面中间设有向下的参比凹陷槽，所述测量凹陷部底面设有固定螺纹孔，所述凹陷面上在参比凹陷槽两侧设有固定螺纹孔。
6.根据权利要求5所述的在线式全光谱水质分析仪，其特征在于，所述聚焦准直分光单元采用的是两块凹面相对设置的凸透镜；所述准直单元采用的是两面凸透镜；所述聚焦单元采用的是两面凸透镜。
7.根据权利要求6所述的在线式全光谱水质分析仪，其特征在于，所述光源单元采用的是氙灯。
8.根据权利要求1-7任一项所述的在线式全光谱水质分析仪，其特征在于，所述测控系统包括主控模块及控制板，所述主控模块通信连接所述控制板双向通信，所述主控模块包括平行设置的时序控制单元及测控单元。
9.根据权利要求8所述的在线式全光谱水质分析仪，其特征在于，所述控制板上分别设有中央处理器MCU、光传感器阵列时序产生单元、光传感器阵列单元、光电监测单元、信号调解及放大处理单元、A/D转换单元及数据缓冲及处理单元，所述中央处理器MCU的输出端分别连接光源驱动单元的输入端、光传感器阵列时序产生单元的输入端、数据缓存及处理单元的输入端及A/D转换单元的输入端，所述光传感器阵列时序产生单元的输出端连接所述光传感器阵列的输入端，所述光传感器阵列的输入端还连接所述光束选择器的输出端，所述光传感器阵列的输出端连接所述信号调解及放大处理单元的输入端，所述信号调解及放大处理单元输出端连接所述A/D转换单元的输入端，所述A/D转换单元的输出端连接所述数据缓存及处理单元的输入端，所述数据缓存及处理单元的输入端还连接所述光电监测单元的输出端，所述光电监测单元的输入端连接所述光束选择器的输出端，所述数据缓存及处理单元的 输出端连接所述测控单元的输入端，所述中央处理器MCU的输入端连接所述时序控制单元的输入端。
10.根据权利要求9所述的在线式全光谱水质分析仪，其特征在于，所述主控模块采用的是上位机或主系统。
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