CN108152224A - 一种水质检测装置及检测方法 - Google Patents

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry

Abstract

本发明公开了一种水质检测装置及检测方法，包括第一光源装置、第二光源装置和检测装置，所述第一光源装置与第二光源装置所在光路并联并通过光合束装置进行光路连接，所述光合束装置后方光路上设有光分束装置，所述光合束装置、光分束装置和检测装置沿光路依次布置，本发明的有益效果是：本发明利用光热效应来测量水样的吸收光谱，样品在泵浦光诱导下产生特性变化，只是因为样品对泵浦光能量的吸收引起的，因此，所测得的信号只反映样品的吸收特性，样品表面及内部的散射对测量结果不产生影响。和其它光谱分析方法相比，消除了散射对测量结果的影响，因而测量结果更可靠，而且检测灵敏度极高。

Description

一种水质检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及水质检测鉴别技术领域，具体是一种水质检测装置及检测方法。
背景技术
水质安全，关系每一个人的生命健康，是重中之重。因而对水源安全的检测鉴别技术的需求也非常迫切。
光谱分析法是一种常用的水质检测方法，和传统的化学分析、电化学分析以及色谱分析等水质检测方法相比，光谱分析具有操作简便、测量精度高、重复性好、检测效率高等优点。目前最常用的光谱分析方法有分光光度法、拉曼光谱法等，但是这些方法都有不足。分光光度法中通常是直接测量透过样品的光的强度的变化，再根据朗伯比（Lambert-Beer）定律来获得样品的吸收率以及吸收光谱，从而获得所检测的水样品中所各类杂质和污染物的信息，这是一种间接的吸收测量方法。但是这种方法在对弱吸收样品进行检测时，会产生比较大的误差，主要的误差来源是样品表面及样品内部对光的散射，比如水中所含的杂质、微小颗粒物等。因为这部分散射所造成的光强变化往往会被计算在吸收之内，当样品吸收很弱时，这会造成比较大的检测误差。拉曼光谱是通过对样品分子引起的拉曼散射效应进行检测，从而获得有关样品分子的结构特征。不同的分子结构对应不同的拉曼特征谱线。但是拉曼散射本身的效率很低，散射光也很弱，这样在样品中杂质成分比较小的时候，检测的灵敏度也会受到极大地限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水质检测装置及检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种水质检测装置，包括第一光源装置、第二光源装置和检测装置，所述第一光源装置与第二光源装置所在光路并联并通过光合束装置进行光路连接，所述光合束装置后方光路上设有光分束装置，所述光合束装置、光分束装置和检测装置沿光路依次布置。
作为本发明进一步的方案：所述第一光源装置内沿光路依次设有有激发光源、光调制装置、第一分光装置和第一聚焦透镜，所述第一分光装置后侧另一光路上设有第一功率探测装置。
作为本发明进一步的方案：所述激发光源为泵浦光。
作为本发明进一步的方案：所述第二光源装置内沿光路依次设有探测光源和第二聚焦透镜。
作为本发明进一步的方案：所述检测装置内沿光路依次设有第三聚焦透镜、滤光装置、第二分光装置、空间滤波器和光电探测器，所述第二分光装置后侧另一光路上设有第二功率探装置。
作为本发明进一步的方案：所述光分束装置后侧另一光路上设有光吸收装置。
作为本发明进一步的方案：所述检测方法包括以下步骤：
1).将待测溶液放置到样品池内，并将样品池放置到光合束装置和光分束装置之间的光路上，并使光路能够通过待测溶液。
2).启动第一光源装置和第二光源装置来提供激发光源和探测光源。
3).激发光源和探测光源通过合束装置后合束并照射到样品池内的待测溶液内，合束光通过待测溶液后经分束装置进行光分束。
4).分束后的激发光源通过光吸收装置进行吸收，探测光源通过光分束装置后进入检测装置内，然后通过检测装置对探测光进行检测并得出检测结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用光热效应来测量水样的吸收光谱，样品在泵浦光诱导下产生特性变化，只是因为样品对泵浦光能量的吸收引起的，因此，所测得的信号只反映样品的吸收特性，样品表面及内部的散射对测量结果不产生影响。和其它光谱分析方法相比，消除了散射对测量结果的影响，因而测量结果更可靠，而且检测灵敏度极高。
附图说明
图1为本发明的结构及原理图。
图中：1-第一光源装置、11-激发光源、12-光调制装置、13-第一功率探测装置、14-第一分光装置、15-第一聚焦透镜、2-第二光源装置、21-探测光源、22-第二聚焦透镜、3-检测装置、31-第三聚焦透镜、32-滤光装置、33-第二分光装置、34-第二功率探测装置、35-空间滤波器、36-光电探测器、4-光合束装置、5-样品池、6-光分束装置、7-光吸收装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种水质检测装置及检测方法，包括第一光源装置1、第二光源装置2和检测装置3，第一光源装置1内沿光路依次设有激发光源11、光调制装置12、第一分光装置14和第一聚焦透镜15，第一分光装置14后侧另一光路上设有第一功率探测装置13，激发光源11为泵浦光，第二光源装置2内沿光路依次设有探测光源21和第二聚焦透镜22，第一光源装置1与第二光源装置2所在光路并联并通过光合束装置4进行光路连接，该光路依次设有光源装置、光合束装置4、样品池5、光分束装置6和检测装置3，检测装置3内沿光路依次设有第三聚焦透镜31、滤光装置32、第二分光装置33、空间滤波器35和光电探测器36，第二分光装置33后侧另一光路上设有第二功率探装置34。
本发明结构新颖，运行稳定，本发明在使用时，当第一光源装置1内激发光源21选用泵浦光时，即激发光源为泵浦光时，将待测溶液放入样品池5内并将样品池5放置在光合束装置4和光分束装置6之间的光路上，然后启动第一光源装置1和第二光源装置2，第一光源装置1内的激发光源21发出泵浦光，并通过光调制装置12对泵浦光进行光强调制，调制后的泵浦光光束通过第一分光装置14后分成两个光束，其中一个光束进入第一功率探测器13内，进而可以对泵浦光进行功率监测，另一光束通过第一聚焦透镜15进行聚焦后进入光合束装置4，然后通过光合束装置4进入待测溶液内，用来激发待测溶液的光热效应，经过待测溶液后的泵浦光通过光分束装置6后被光吸收装置7进行吸收，防止光污染，同时第二光源装置2探测光源21发出探测光并通过第二聚焦透镜22聚焦后进入光合束装置4，此外探测光源21光强相对弱与激发光源11，当探测光源通过光合束装置4进入到待测溶液时，由于此时待测溶液经过泵浦光照射后由于吸收光能量而导致局部升温，进而引起该处溶液的特性发生的变化，即产生了光热效应，当探测光穿过发生光热效应的溶液区域时，也会发生传播特性的变化，会产生新增的会聚会发散效应，然后发生变化的探测光穿过待测溶液并通过光分束装置6进入到检测装置3内，当探测光进入到检测装置3内设有首先通过第三聚焦透镜31进聚焦，聚焦后的光束通过滤光装置32进而对光束中除探测光以外的杂光进行过滤，过滤后的探测光经过第二分光装置33后分成两束，其中一束探测光进入第二功率探测装置34以进行功率监测，另一束探测光通过空间滤波器35进行过滤后进入光电探测器36内，然后通过锁相检测技术对光电探测器36的输出信号进检测，然后即可得到待测样品的光吸收信息，通过改变泵浦光的波长并重复检测，即可得到样品的吸收光谱，再将样品的吸收光谱与标准光谱进行对比即可得到待测样品溶液的水质情况，此外附图中的光路上的各装置位置关系在实际使用中可以根据光路传输方向的改变而改变其相对空间位置，但在光路传播方向上的前后位置关系不可改变。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种水质检测装置，包括第一光源装置(1)、第二光源装置(2)和检测装置(3)，其特征在于，所述第一光源装置(1)与第二光源装置(2)所在光路并联并通过光合束装置(4)进行光路连接，所述光合束装置(4)后方光路上设有光分束装置(6)，所述光合束装置(4)、光分束装置(6)和检测装置(3)沿光路依次布置。
2.根据权利要求1所述的一种水质检测装置，其特征在于，所述第一光源装置(1)内沿光路依次设有激发光源(11)、光调制装置(12)、第一分光装置(14)和第一聚焦透镜(15)，所述第一分光装置(14)后侧另一光路上设有第一功率探测装置(13)。
3.根据权利要求2所述的一种水质检测装置，其特征在于，所述激发光源(11)为泵浦光。
4.根据权利要求1所述的一种水质检测装置，其特征在于，所述第二光源装置(2)内沿光路依次设有探测光源(21)和第二聚焦透镜(22)。
5.根据权利要求1所述的一种水质检测装置，其特征在于，所述检测装置(3)内沿光路依次设有第三聚焦透镜(31)、滤光装置(32)、第二分光装置(33)、空间滤波器(35)和光电探测器(36)，所述第二分光装置(33)后侧另一光路上设有第二功率探装置(34)。
6.根据权利要求1所述的一种水质检测装置，其特征在于，所述光分束装置(6)后侧另一光路上设有光吸收装置(7)。
7.如权利要求1所述的一种水质检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：
1).将待测溶液放置到样品池(5)内，并将样品池(5)放置到光合束装置(4)和光分束装置(6)之间的光路上，并使光路能够通过待测溶液；
2).启动第一光源装置(1)和第二光源装置(2)来提供激发光源(11)和探测光源(21)；
3).激发光源(11)和探测光源(21)通过合束装置(4)后合束并照射到样品池(5)内的待测溶液内，合束光通过待测溶液后经分束装置(4)进行光分束；
4). 分束后的激发光源(21)通过光吸收装置(7)进行吸收，探测光源(21)通过光分束装置(6)后进入检测装置(3)内，然后通过检测装置(3)对探测光进行检测并得出检测结果。
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