CN110887814B - 一种基于光谱分析的水下浊度检测方法 - Google Patents

一种基于光谱分析的水下浊度检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于光谱分析的水下浊度检测方法，包括S1、激光器发射激光入射到盛有待测水样的测试盒中；S2、采集待测水样的激光散射信号及拉曼光信号；S3、将所采集的信号通过滤光片及分光系统，将分光后的信号通过光学镜头聚焦至光电探测器的表面，通过光电探测器将光信号转化成电信号；S4、通过光谱仪中的数据采集卡采集上述电信号，将其传输至处理器中进行数据处理，并显示光谱曲线；S5、获取待测水样的光谱曲线，包括激光散射光、拉曼光及荧光；S6、根据
Figure DDA0002292997590000011
计算待测水样的浊度，A表示待测水样中激光散射光强度，B表示在拉曼光波长处的光强，C表示在拉曼光波长处的荧光背景强度，K为相关系数常量。上述方法具有检测速度快、实时性好的优点。

Description

一种基于光谱分析的水下浊度检测方法
技术领域
本发明涉及水质检测技术领域，尤其涉及一种基于光谱分析的水下浊度检测方法。
背景技术
浊度是检测水质的一个重要的参数，由于悬浮颗粒的存在使水体发生浑浊，它会吸附大量的细菌、病毒、寄生虫以及一些有毒的有机化合物、农药等，对人类的健康造成极大的危害，世界卫生组织(WHO)确定饮用水的浊度不应超过5NTU(比浊法浊度单位)，而我国新颁布的《生活饮用水卫生标准》(GB5479-2006)，已把浊度限值由原来的5NTU修改降低至1NTU(水源和静水技术限制时为3NTU)，人们对水质要求越来越高，因此测量水质的浊度参数对环保和人类的健康有重大意义。
浊度的测量方法主要是根据特定光束入射水体时产生的透射光和散射光的强度来表征，透射光强度越小或散射光强度越大，表征水溶液的浊度越大。按光接收方式主要分为透射光式浊度测量法、散射光式浊度测量法、透射光－散射光比较测量法3种。以上方法存在的问题如下：需要对发射光强进行实时监测以便实时校准所测浊度数据，易受光源老化及侧壁污染的影响，因此结构比较复杂、体积较大，需要经常清洗以便保证测试结果的准确性。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于光谱分析的水下浊度检测方法，以便不需要对发射光强进行实时监测，并且不易受光源老化以及测试盒侧壁污染的影响，具有检测速度快、实时性好、抗干扰能力强的优点，能够较好的适用于江、河、湖、海、工业污水和饮用水等场合的浊度实时在线监测。
为了实现上述目的，本发明提出了一种基于光谱分析的水下浊度检测方法，包括以下步骤：
步骤1、激光器发射激光入射到盛有待测水样的测试盒中；
步骤2、通过光谱仪采集待测水样的激光散射信号以及拉曼光信号；
步骤3、将所采集的待测水样的激光散射信号以及拉曼光信号通过滤光片进行滤光处理，之后通过分光系统进行分光处理，将分光后的信号通过光学镜头聚焦至光电探测器的表面，通过所述光电探测器将光信号转化成电信号；
步骤4、通过光谱仪中的数据采集卡采集上述电信号，并将电信号传输至处理器中进行数据处理，并显示光谱曲线；
步骤5、在所述处理器中，获取所述待测水样的光谱曲线，其中包括激光散射光、拉曼光及荧光；
步骤6、根据浊度的计算公式计算所述待测水样的浊度T，所述浊度的计算公式为
Figure BDA0002292997570000021
其中，A表示待测水样中激光散射光强度，B表示在拉曼光波长处的光强，C表示在拉曼光波长处的荧光背景强度，(B-C)表示扣除待测水样荧光背景的拉曼光强度，K为相关系数常量。
优选的是，在所述步骤1中，激光器发射激光垂直入射到盛有待测水样的透明测试盒中；在所述步骤2中，通过光谱仪采集待测水样的激光散射信号，其中所述激光散射信号指的是透过测试盒侧壁并与入射的激光的角度为90°的激光散射信号。
本发明的该方案的有益效果在于上述基于光谱分析的水下浊度检测方法不需要对发射光强进行实时监测，并且不易受光源老化以及测试盒侧壁污染的影响，具有检测速度快、实时性好、抗干扰能力强的优点，能够较好的适用于江、河、湖、海、工业污水和饮用水等场合的浊度实时在线监测。
附图说明
图1示出了本发明所涉及的水下浊度检测方法所依据的装置的结构示意图。
图2示出了本发明所涉及的水下浊度检测方法所依据的检测原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1-2所示，本发明所涉及的基于光谱分析的水下浊度检测方法包括以下步骤：
步骤1、激光器1发射激光入射到盛有待测水样的测试盒2中。在本实施例中，激光器1发射激光垂直入射到盛有待测水样的透明测试盒2中。
步骤2、通过光谱仪3采集待测水样的激光散射信号以及拉曼光信号。在本实施例中，所述激光散射信号指的是透过测试盒侧壁并与入射的激光的角度为90°的激光散射信号。
步骤3、将所采集的待测水样的激光散射信号以及拉曼光信号通过滤光片4进行滤光处理，优选长波通滤光片，之后通过分光系统进行分光处理，将分光后的信号通过光学镜头聚焦至光电探测器的表面，通过所述光电探测器将光信号转化成电信号。
步骤4、通过光谱仪3中的数据采集卡采集上述电信号，并将电信号传输至处理器中进行数据处理，并显示光谱曲线。
步骤5、在所述处理器中，获取所述待测水样的光谱曲线，其中包括激光散射光、拉曼光及荧光。
步骤6、根据浊度的计算公式计算所述待测水样的浊度T，所述浊度的计算公式为
Figure BDA0002292997570000031
其中，A表示待测水样中激光散射光强度，B表示在拉曼光波长处的光强，C表示在拉曼光波长处的荧光背景强度，(B-C)表示扣除待测水样荧光背景的拉曼光强度，K为相关系数常量。
本发明所涉及的基于光谱分析的水下浊度检测方法不需要对发射光强进行实时监测，并且不易受光源老化以及测试盒侧壁污染的影响，具有检测速度快、实时性好、抗干扰能力强的优点，能够较好的适用于江、河、湖、海、工业污水和饮用水等场合的浊度实时在线监测。

Claims (1)

1.一种基于光谱分析的水下浊度检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、激光器发射激光垂直入射到盛有待测水样的透明测试盒中；
步骤2、通过光谱仪采集待测水样的激光散射信号以及拉曼光信号；其中所述激光散射信号指的是透过测试盒侧壁并与入射的激光的角度为90°的激光散射信号；
步骤3、将所采集的待测水样的激光散射信号以及拉曼光信号通过滤光片进行滤光处理，之后通过分光系统进行分光处理，将分光后的信号通过光学镜头聚焦至光电探测器的表面，通过所述光电探测器将光信号转化成电信号；
步骤4、通过光谱仪中的数据采集卡采集上述电信号，并将电信号传输至处理器中进行数据处理，并显示光谱曲线；
步骤5、在所述处理器中，获取所述待测水样的光谱曲线，其中包括激光散射光、拉曼光及荧光；
步骤6、根据浊度的计算公式计算所述待测水样的浊度T，所述浊度的计算公式为
Figure FDA0003588813680000011
其中，A表示待测水样中激光散射光强度，B表示在拉曼光波长处的光强，C表示在拉曼光波长处的荧光背景强度，(B-C)表示扣除待测水样荧光背景的拉曼光强度，K为相关系数常量。
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CN112782143A (zh) * 2020-12-29 2021-05-11 深圳市利拓光电有限公司 水质监测系统以及水质监测激光器
CN114486814B (zh) * 2022-01-13 2023-10-27 电子科技大学 一种基于光电探测器的浊度测试系统的构建方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104122231B (zh) * 2014-08-07 2017-01-11 北京华源精益传感技术有限公司 一种在线式自校准水质浊度检测系统
CN204101462U (zh) * 2014-10-22 2015-01-14 山东省水利科学研究院 一种拉曼光谱水质原位监测装置
CN107631983A (zh) * 2017-10-23 2018-01-26 杭州希玛诺光电技术股份有限公司 一种用于水质分析的样品多光谱并行生成装置
CN109520983B (zh) * 2018-11-20 2021-02-12 山东船舶技术研究院 一种基于dom的水质评价方法及装置
CN110132922A (zh) * 2019-05-28 2019-08-16 哈尔滨工业大学（威海） 一种叶绿素浓度的快速在线检测方法

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