CN107167451A - 一种测量臭水透明度的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量臭水透明度的方法，包括以下步骤:安装电源与激光器，由激光器产生测量所用的激光束；对激光束进行准直，并将准直后的激光束通过分光片分成两束激光束；通过两个狭缝光阑和两个照度计分别对分光片分成的两束激光束的照度进行检测；对检测到的两个照度数据进行收集并换算成透明度值；本发明还提供了一种测量臭水透明度的装置，包括电源、小功率激光器、倒置望远镜、分光片、第一狭缝光阑、第二狭缝光阑、第一照度计、第二照度计、采集解算计算机。本发明不仅可以及时的对臭水进行准确的在线连续监测，同时也响应了国家绿色环保的理念，为本领域产品升级换代起到了极大促进作用，对城市黑臭水的监测与治理具有重要的意义。

Description

一种测量臭水透明度的方法及装置
技术领域
本发明属于臭水监测领域，尤其涉及一种测量臭水透明度的方法及装置。
背景技术
当前我国水污染形势日趋严重，城市黑臭水严重影响城市的形象和人民群众的影响力。臭水的群众感官性指标不仅是国家水质标准规定的监测项目，而且关系到人民群众对污染治理满意度的提高。但是目前我国在黑臭水监测和治理领域还处于起步极端，黑臭水感光指标的国家测定标准严重滞后于美国、台湾、欧洲等西方发达国家，缺乏黑臭水自动化监测的核心技术。
我国在臭水监测领域发展较国外同行发展起步晚、发展速度慢，传统的水质监测仪器还是以化学法为主，带来运营维护成本高、人工耗费时间长等诸多不便，只能满足在实验室进行监测的要求，监测速度慢、准确性低无法满足日益迫切的臭水监测领域的相关需求。随着国家对环境问题的日益重视，高可靠性、高精度的在线臭水监测仪器必将成为本领域发展的重点方向。
透明度是表示光透入水中深浅的程度,是水体能见程度的一个量程,是水体环境质量、水质优劣最直观的指标,是衡量水产养殖水体的重要指标。水是无色透明的，当水体中含泥沙、微生物、悬浮物、有机质等物质时就会产生浑浊现象，水的透明度便会降低。水的透明度降低不但影响感官性状，还会影响水生生物的生活，因此水的透明度也是反映水质状况的一项指标。目前常用的方法或国家标准规定的方法是：用塞氏盘测定水体透明度或铅字法测透明度，都需要人工参与，费时费力，成本投入较高，阻碍了黑臭水的执法和治理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种测量臭水透明度的方法及装置，实现了对臭水透明度的自动化检测。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种测量臭水透明度的方法，包括以下步骤:
S1：安装电源与激光器，由激光器产生测量所用的激光束；
S2：对激光束进行准直，并将准直后的激光束通过分光片分成两束激光束；
S3：通过两个狭缝光阑和两个照度计分别对分光片分成的两束激光束的照度进行检测；
S4：对检测到的两个照度数据进行收集并换算成透明度值。
本发明还提供了一种测量臭水透明度的装置，包括电源、小功率激光器、倒置望远镜、分光片、第一狭缝光阑、第二狭缝光阑、第一照度计、第二照度计、采集解算计算机；
所述电源与小功率激光器相互连接，用于提供小功率激光器所需电能；
所述小功率激光器通过接收电源的电能产生激光束，并将激光束发射至倒置望远镜；
所述倒置望远镜用于接收来自小功率激光器的激光束并进行准直，然后将准直后的激光束发射至分光片；
所述分光片用于接收来自倒置望远镜准直后的激光束并分成折射激光束和反射激光束，折射激光束和反射激光束分别穿过待检测液体发射至一狭缝光阑与第二狭缝光阑；
所述第一狭缝光阑与第二狭缝光阑用于分别接收来自分光片的折射激光束和反射激光束并分别发射至第一照度计与第二照度计；
所述第一照度计与第二照度计用于分别接收来自第一狭缝光阑与第二狭缝光阑的折射激光束和反射激光束，并对折射激光束和反射激光束的照度进行检测；
所述采集解算计算机分别与第一照度计与第二照度计相互连接，用于对第一照度计与第二照度计的照度数据进行采集和解算。
进一步地，所述小功率激光器与倒置望远镜外侧包覆有第一水密壳体，所述分光片外侧包覆有第二水密壳体，且第一水密壳体与第二水密壳体之间为空气介质。
本发明的有益效果是：
本发明摒弃了传统的人工实验仪器，采用光学仪器的方法得到了更加准确的透明度值，实现了产品设备的高度集合化、智能化和精密化，不仅可以及时的对臭水进行准确的在线连续监测，同时也响应了国家绿色环保的理念，为本领域产品的升级换代起到了极大的促进作用，可广泛应用于城市给排水、市政工程、污水处理厂、环境监测站、水质检测与研究实验室、水质高污染企业、智慧城市、生态农业、生态畜牧业等方面，对城市黑臭水的监测与治理具有重要的意义。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图中标号说明：1-电源、2-小功率激光器、3-倒置望远镜、4-第一水密壳体、5-分光片、6-第二水密壳体、7-第一狭缝光阑、8-第二狭缝光阑、9-第一照度计、10-第二照度计、11-采集解算计算机、12-待检测液体。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
如图1所示的一种测量臭水透明度的方法，包括以下步骤:
S1：安装电源与激光器，由激光器产生测量所用的激光束；
S2：对激光束进行准直，并将准直后的激光束通过分光片分成两束激光束；
S3：通过两个狭缝光阑和两个照度计分别对分光片分成的两束激光束的照度进行检测；
S4：对检测到的两个照度数据进行收集并换算成透明度值。
如图2所示的一种测量臭水透明度的装置，包括电源1、小功率激光器2、倒置望远镜3、分光片5、第一狭缝光阑7、第二狭缝光阑8、第一照度计9、第二照度计10、采集解算计算机11，小功率激光器2与倒置望远镜3外侧包覆有第一水密壳体4，所述分光片5外侧包覆有第二水密壳体6，且第一水密壳体4与第二水密壳体6之间为空气介质；
所述电源1与小功率激光器2相互连接，用于提供小功率激光器2所需电能；
所述小功率激光器2通过接收电源1的电能产生激光束，并将激光束发射至倒置望远镜3；
所述倒置望远镜3用于接收来自小功率激光器2的激光束并进行准直，然后将准直后的激光束发射至分光片5；
所述分光片5用于接收来自倒置望远镜3准直后的激光束并分成折射激光束和反射激光束，折射激光束和反射激光束分别穿过待检测液体12发射至一狭缝光阑7与第二狭缝光阑8；
所述第一狭缝光阑7与第二狭缝光阑8用于分别接收来自分光片5的折射激光束和反射激光束并分别发射至第一照度计9与第二照度计10；
所述第一照度计9与第二照度计10用于分别接收来自第一狭缝光阑7与第二狭缝光阑8的折射激光束和反射激光束，并对折射激光束和反射激光束的照度进行检测；
所述采集解算计算机11分别与第一照度计9与第二照度计10相互连接，用于对第一照度计9与第二照度计10的照度数据进行采集和解算。
本发明的原理为：
根据光度学透明度定义,一束平行光在水介质中传播一段距离1米后,只要能测量出传播距离1米前后光能流之比,就可以解算出水的透明度值。依据光度学原理,光能流与照度有一定的换算关系。光照度表征受照面的明亮程度的量,照度在数值上等于投射在单位面积上的光通量,根据光度学的计量单位与客观能量的单位之间的当量关系,可以把光照度单位换算为功率单位,光通量是无单位的光见度函数与具有功率单位的辐射通量的乘积,所以它有与功率相同的单位。即流明可换算成以瓦特为单位的功率值，即:
1W＝685*(λ)lm
式中,(λ)为人眼对该波长的光见度函数。对于波长为632.8nm光波,可查得光见度函数值(λ)＝0.24,由上式得1W的波长为632.8nm光波相当于685×0.24＝164.4lm。能量的单位是功率在时间上的积分,因此,测量水的透明度值就可以转化为由一束平行光在水介质中传播一段距离1米后前后照度之比来表示。
实验表明,在光线传播方向,准直光束在其准直范围内通过相同狭缝的光强或功率的变化是很小的。理论计算值与实测结果的规律相当一致,数据也较稳定,这表明,准直光线在其准直范围内,在空气介质中传播一定距离后,通过狭缝接收的光功率或光强基本不变。根据这一规律,准直光线在准直范围内在水中传播一段距离后,通过狭缝接收的光功率或光强的变化就可以近似完全归结于水透明度的影响。
经过倒置望远镜3准直后的激光束经过分光片5,一半的光能量经反射通过第一狭缝光阑7由第一照度计9测量该位置的照度,另一半经光能量经分光片5折射通过第二狭缝光阑8由第二照度计10测量该位置的照度,将两路照度数据同时进行采集,由采集解算计算机11解算出透明度值。
本发明摒弃了传统的人工实验仪器，采用光学仪器的方法得到了更加准确的透明度值，实现了产品设备的高度集合化、智能化和精密化，不仅可以及时的对臭水进行准确的在线连续监测，同时也响应了国家绿色环保的理念，为本领域产品的升级换代起到了极大的促进作用，可广泛应用于城市给排水、市政工程、污水处理厂、环境监测站、水质检测与研究实验室、水质高污染企业、智慧城市、生态农业、生态畜牧业等方面，对城市黑臭水的监测与治理具有重要的意义。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (3)

1.一种测量臭水透明度的方法，其特征在于：包括以下步骤:
S1：安装电源与激光器，由激光器产生测量所用的激光束；
S2：对激光束进行准直，并将准直后的激光束通过分光片分成两束激光束；
S3：通过两个狭缝光阑和两个照度计分别对分光片分成的两束激光束的照度进行检测；
S4：对检测到的两个照度数据进行收集并换算成透明度值。
2.一种测量臭水透明度的装置，其特征在于：包括电源(1)、小功率激光器(2)、倒置望远镜(3)、分光片(5)、第一狭缝光阑(7)、第二狭缝光阑(8)、第一照度计(9)、第二照度计(10)、采集解算计算机(11)；
所述电源(1)与小功率激光器(2)相互连接，用于提供小功率激光器(2)所需电能；
所述小功率激光器(2)通过接收电源(1)的电能产生激光束，并将激光束发射至倒置望远镜(3)；
所述倒置望远镜(3)用于接收来自小功率激光器(2)的激光束并进行准直，然后将准直后的激光束发射至分光片(5)；
所述分光片(5)用于接收来自倒置望远镜(3)准直后的激光束并分成折射激光束和反射激光束，折射激光束和反射激光束分别穿过待检测液体(12)发射至一狭缝光阑(7)与第二狭缝光阑(8)；
所述第一狭缝光阑(7)与第二狭缝光阑(8)用于分别接收来自分光片(5)的折射激光束和反射激光束并分别发射至第一照度计(9)与第二照度计(10)；
所述第一照度计(9)与第二照度计(10)用于分别接收来自第一狭缝光阑(7)与第二狭缝光阑(8)的折射激光束和反射激光束，并对折射激光束和反射激光束的照度进行检测；
所述采集解算计算机(11)分别与第一照度计(9)与第二照度计(10)相互连接，用于对第一照度计(9)与第二照度计(10)的照度数据进行采集和解算。
3.根据权利要求2所述的一种测量臭水透明度的装置，其特征在于：所述小功率激光器(2)与倒置望远镜(3)外侧包覆有第一水密壳体(4)，所述分光片(5)外侧包覆有第二水密壳体(6)，且第一水密壳体(4)与第二水密壳体(6)之间为空气介质。
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