CN112326581A - 一种新型的双光束水质多参数测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型的双光束水质多参数测试装置，包括氙灯、第一光纤、光纤准直装置、测量池、光纤耦合装置、第二光纤和光谱仪。其中，光纤准直装置的光线入口通过一条第一光纤与氙灯的光线出口相连；测量池的光线入口与光纤准直装置的光线出口相连；光纤耦合装置的光线入口与测量池的光线出口相连；光谱仪的光线入口通过一条第二光纤与光纤耦合装置的光线出口相连。相比于现有技术，本发明能够提高水质污染物监测的全面性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及水污染检测技术领域，特别是涉及一种新型的双光束水质多参数测试装置。
背景技术
近年来，随着水污染形势的日益严峻，人们对环境问题高度关注，水污染检测技术获得了快速发展。
传统的水质检测方法为化学检测，通过化学试剂反应来测量水质参数。这种检测方式存在大量废液等二次污染，步骤繁琐且耗时长，无法实现自动实时在线测量。随着新材料和集成电路的迅猛发展，光谱法水质检测技术逐渐成为热点，其具有操作简单、速度快、无二次污染等优点，被广泛应用于水质检测的各个方面。
目前，市场上的光谱法水质分析仪大多为单波长或者双波长，测试不能完全反应水质污染情况，而全光谱法能检测几乎所有水质污染物，但目前存在光路中紫外波段能量低导致测量参数不易区分，可见光容易饱和的现象、测量不同浓度需要更换不同光程，Y型光纤双光束受干扰影响大，存在误差风险等。
因此，有必要提供一种全光谱水质多参数检测装置来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的双光束水质多参数测试装置，用于提高水质污染物监测的全面性和准确性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种新型的双光束水质多参数测试装置，包括：
氙灯；
光纤准直装置，所述光纤准直装置的光线入口通过一第一光纤与所述氙灯的光线出口相连；
测量池，所述测量池的光线入口与所述光纤准直装置的光线出口相连；
光纤耦合装置，所述光纤耦合装置的光线入口与所述测量池的光线出口相连；
光谱仪，所述光谱仪的光线入口通过一第二光纤与所述光纤耦合装置的光线出口相连。
优选地，所述光纤准直装置包括准直镜筒以及在所述准直镜筒内沿轴向依次设置的第一光纤安装座、第一球面平凸透镜、第一压圈，所述第一压圈用于固定所述第一球面平凸透镜，所述第一光纤安装座用于连接所述第一光纤，所述第一球面平凸透镜的平面侧正对所述第一光纤安装座。
优选地，所述第一球面平凸透镜的材质为氟化钙，曲率为15.345～19.345mm。
优选地，所述光纤耦合装置包括第二光纤安装座、耦合镜筒、光阑、第二球面平凸透镜、球面双凸透镜和第二压圈，所述第二压圈、所述第二球面平凸透镜、所述第二光纤安装座在所述耦合镜筒内沿轴向依次设置，所述光阑和所述球面双凸透镜在所述第二光纤安装座内沿轴向依次设置，所述第二压圈用于固定所述第二球面平凸透镜，所述第二光纤安装座用于连接所述第二光纤，所述第二球面平凸透镜的平面侧正对所述第二光纤安装座。
优选地，所述第二球面平凸透镜和所述球面双凸透镜的材质均为JGS1石英，所述第二球面平凸透镜的曲率为15.345～19.345mm，所述球面双凸透镜的曲率为6.5～69.5mm，所述第二球面平凸透镜和所述球面双凸透镜的间距为15～18mm。
优选地，所述测量池上设有样品槽，所述测量池内设有样品通道、参比通道和两个电机，所述样品槽与所述样品通道连通，所述样品通道和所述参比通道内均设有蓝宝石窗片，所述样品通道和所述参比通道供光线穿过，两个所述电机分别用于控制所述样品通道和所述参比通道的通断。
优选地，所述光谱仪具有内部腔体，所述光谱仪包括壳体、平场凹面光栅、CMOS探测器和光谱仪调节装置，所述光谱仪调节装置安装于所述壳体的一端，所述平场凹面光栅位于所述内部腔体内且与所述光谱仪调节装置相连，所述光谱仪调节装置用于调节所述平场凹面光栅在所述内部腔体内的位置，所述CMOS探测器安装于所述壳体的另一端。
优选地，所述第一光纤和所述第二光纤为芯径600um的石英抗紫外光纤。
优选地，所述氙灯为脉冲氙灯，发射光线波长为185-2000nm，使用次数>1*109次。
优选地，所述光纤准直装置和所述光纤耦合装置各通过4个顶丝与所述测量池相连，使所述光纤准直装置、所述光纤耦合装置和所述测量池的同心度可调。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1.本发明的第一球面平凸透镜的材质为氟化钙，由于氟化钙低色散，第一球面平凸透镜可以降低系统像差，使得光束发散角可以压缩到很低，其准直性更好，测试精度更高，数据更加准确稳定；
2.本发明的光纤耦合装置采用球面平凸透镜和球面双凸透镜组合的方式，可以大大提高耦合进光纤的效率，并在双凸球面透镜前加光阑，在光路设计时，以紫外波段聚焦为主要优化，使得可见光波段在光阑光斑直径大于紫外波段，通过调整光阑通过口径的方式遮挡部分可见波段光，衰减进入到光谱仪中能量饱和的可见光波段，使紫外波段光全部通过，以提高紫外波段在全光谱中能量值，在不更换光程情况下，可精确测量浓度范围增大。由于COD、硝酸盐和亚硝酸盐在紫外波段有较大吸收和重叠，在提高紫外波段能量后，可测量因子浓度范围增大并且便于区分。根据实际需要的不同，光阑大小可替换，从而适应不同的光照强度。
3.本发明使用单根光纤准直，并通过机械方法实现样品通道和参比通道的控制，安装调试简单并且稳定，避免因氙灯能量变化或者光纤折损引起的通道光强变化导致数据准确性下降，提高测试的稳定性和准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例新型的双光束水质多参数测试装置的结构示意图；
图2为光纤准直装置的结构示意图；
图3为光纤耦合装置的结构示意图；
图4为测量池的结构示意图；
图5为光谱仪的结构示意图；
附图标记说明：1-氙灯；2-第一光纤；3-光纤准直装置；4-测量池；5-光纤耦合装置；6-第二光纤；7-光谱仪；8-第一光纤安装座；9-准直镜筒；10-第一球面平凸透镜；11-第一压圈；12-第二光纤安装座；13-第二压圈；14-第二球面平凸透镜；15-耦合镜筒；16-光阑；17-球面双凸透镜；18-蓝宝石窗片；19-电机；20-平场凹面光栅；21-CMOS探测器；22-光谱仪调节装置。
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。
本发明的目的是提供一种新型的双光束水质多参数测试装置，用于提高水质污染物监测的全面性和准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-5所示，本实施例提供一种新型的双光束水质多参数测试装置，包括氙灯1、第一光纤2、光纤准直装置3、测量池4、光纤耦合装置5、第二光纤6和光谱仪7。
其中，光纤准直装置3的光线入口通过一条第一光纤2与氙灯1的光线出口相连；测量池4的光线入口与光纤准直装置3的光线出口相连；光纤耦合装置5的光线入口与测量池4的光线出口相连；光谱仪7的光线入口通过一条第二光纤6与光纤耦合装置5的光线出口相连。光纤准直装置3和光纤耦合装置5优选为各通过4个顶丝与测量池4相连，使光纤准直装置3、光纤耦合装置5和测量池4的同心度可调。
本实施例的新型的双光束水质多参数测试装置在使用时，氙灯1发射的光线通过第一光纤2传输到光纤准直装置3，光纤准直装置3将发散光变成平行光，准直后的平行光在电机19控制下，分别从测量池4的样品通道和参比通道通过，样品通道和参比通道的测量光束被光纤耦合装置5耦合进第二光纤6并传输到光谱仪7，光谱仪7记录下背景光谱信号、样品通道光谱信号、参比通道光谱信号，并传输到工控机进行计算，定性和定量分析样品所含物质及浓度。
本实施例中，光纤准直装置3包括准直镜筒9以及在准直镜筒9内沿轴向依次设置的第一光纤安装座8、第一球面平凸透镜10、第一压圈11，第一压圈11用于固定第一球面平凸透镜10。第一光纤安装座8用于连接第一光纤2，第一球面平凸透镜10的平面侧正对第一光纤安装座8。第一球面平凸透镜10的材质优选为氟化钙，曲率为15.345～19.345mm。由于氟化钙低色散，第一球面平凸透镜10可以降低系统像差，使得光束发散角可以压缩到很低，其准直性更好，测试精度更高，数据更加准确稳定。第一压圈11优选为与准直镜筒9螺纹连接，将第一球面平凸透镜10压紧。第一光纤安装座8与准直镜筒9优选为通过四个顶丝固定连接，可微调第一光纤2到第一球面平凸透镜10的准直距离和同心度。
本实施例中，光纤耦合装置5包括第二光纤安装座12、耦合镜筒15、光阑16、第二球面平凸透镜14、球面双凸透镜17和第二压圈13。第二压圈13、第二球面平凸透镜14、第二光纤安装座12在耦合镜筒15内沿轴向依次设置，光阑16和球面双凸透镜17在第二光纤安装座12内沿轴向依次设置。第二压圈13用于固定第二球面平凸透镜14，第二光纤安装座12用于连接第二光纤6，第二球面平凸透镜14的平面侧正对第二光纤安装座12。第二压圈13优选为与耦合镜筒15螺纹连接，将第二球面平凸透镜14压紧。第二光纤安装座12与耦合镜筒15优选为通过四个顶丝固定连接，可微调第二球面平凸透镜14与球面双凸透镜17的中心距离和同心度。
本实施例的光纤耦合装置5采用球面平凸透镜14和球面双凸透镜17组合的方式，可以大大提高耦合进光纤的效率，并在双凸球面透镜前加光阑16，在光路设计时，以紫外波段聚焦为主要优化，使得可见光波段在光阑16光斑直径大于紫外波段，通过调整光阑16通过口径的方式遮挡部分可见波段光，衰减进入到光谱仪7中能量饱和的可见光波段，使紫外波段光全部通过，以提高紫外波段在全光谱中能量值，在不更换光程情况下，可精确测量浓度范围增大。由于COD、硝酸盐和亚硝酸盐在紫外波段有较大吸收和重叠，在提高紫外波段能量后，可测量因子浓度范围增大并且便于区分。根据实际需要的不同，光阑16大小可替换，从而适应不同的光照强度。
进一步的，本实施例的第二球面平凸透镜14和球面双凸透镜17的材质均优选为JGS1石英，第二球面平凸透镜14的曲率为15.345～19.345mm，球面双凸透镜17的曲率为6.5～69.5mm，第二球面平凸透镜14和球面双凸透镜17的间距为15～18mm。
本实施例中，测量池4上设有样品槽，样品槽用于容纳待测污水。测量池4内设有样品通道、参比通道和两个电机19，样品槽与样品通道连通。样品通道和参比通道内均设有蓝宝石窗片18，样品通道和参比通道供光线穿过，两个电机19分别用于控制样品通道和参比通道的通断。电机19控制光线通道通断的具体结构为本领域的公知常识，故此处不再赘述。
由于本实施例使用单根光纤准直，并通过机械方法实现样品通道和参比通道的控制，安装调试简单并且稳定，避免因氙灯1能量变化或者光纤折损引起的通道光强变化导致数据准确性下降，提高了测试的稳定性和准确性。
本实施例中，光谱仪7的分辨率为6nm，包括壳体、平场凹面光栅20、CMOS探测器21和光谱仪调节装置22。光谱仪7具有内部腔体，光谱仪调节装置22安装于壳体的一端，平场凹面光栅20位于内部腔体内且与光谱仪调节装置22相连，光谱仪调节装置22用于调节平场凹面光栅20在内部腔体内的位置，CMOS探测器21安装于壳体的另一端。
本实施例中，为了提高紫外波段的通过率，第一球面平凸透镜10、第二球面平凸透镜14和球面双凸透镜17均镀有紫外增透膜；为了延长光纤的使用寿命，本实施例的第一光纤2和第二光纤6均为芯径600um的石英抗紫外光纤。
本实施例中，氙灯1为脉冲氙灯1，发射光线波长为185-2000nm，使用次数>1*109次，本领域技术人员也可根据实际需要选择其它类型及参数。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种新型的双光束水质多参数测试装置，其特征在于，包括：
氙灯；
光纤准直装置，所述光纤准直装置的光线入口通过一第一光纤与所述氙灯的光线出口相连；
测量池，所述测量池的光线入口与所述光纤准直装置的光线出口相连；
光纤耦合装置，所述光纤耦合装置的光线入口与所述测量池的光线出口相连；
光谱仪，所述光谱仪的光线入口通过一第二光纤与所述光纤耦合装置的光线出口相连。
2.根据权利要求1所述的新型的双光束水质多参数测试装置，其特征在于，所述光纤准直装置包括准直镜筒以及在所述准直镜筒内沿轴向依次设置的第一光纤安装座、第一球面平凸透镜、第一压圈，所述第一压圈用于固定所述第一球面平凸透镜，所述第一光纤安装座用于连接所述第一光纤，所述第一球面平凸透镜的平面侧正对所述第一光纤安装座。
3.根据权利要求2所述的新型的双光束水质多参数测试装置，其特征在于，所述第一球面平凸透镜的材质为氟化钙，曲率为15.345～19.345mm。
4.根据权利要求1所述的新型的双光束水质多参数测试装置，其特征在于，所述光纤耦合装置包括第二光纤安装座、耦合镜筒、光阑、第二球面平凸透镜、球面双凸透镜和第二压圈，所述第二压圈、所述第二球面平凸透镜、所述第二光纤安装座在所述耦合镜筒内沿轴向依次设置，所述光阑和所述球面双凸透镜在所述第二光纤安装座内沿轴向依次设置，所述第二压圈用于固定所述第二球面平凸透镜，所述第二光纤安装座用于连接所述第二光纤，所述第二球面平凸透镜的平面侧正对所述第二光纤安装座。
5.根据权利要求4所述的新型的双光束水质多参数测试装置，其特征在于，所述第二球面平凸透镜和所述球面双凸透镜的材质均为JGS1石英，所述第二球面平凸透镜的曲率为15.345～19.345mm，所述球面双凸透镜的曲率为6.5～69.5mm，所述第二球面平凸透镜和所述球面双凸透镜的间距为15～18mm。
6.根据权利要求1所述的新型的双光束水质多参数测试装置，其特征在于，所述测量池上设有样品槽，所述测量池内设有样品通道、参比通道和两个电机，所述样品槽与所述样品通道连通，所述样品通道和所述参比通道内均设有蓝宝石窗片，所述样品通道和所述参比通道供光线穿过，两个所述电机分别用于控制所述样品通道和所述参比通道的通断。
7.根据权利要求1所述的新型的双光束水质多参数测试装置，其特征在于，所述光谱仪具有内部腔体，所述光谱仪包括壳体、平场凹面光栅、CMOS探测器和光谱仪调节装置，所述光谱仪调节装置安装于所述壳体的一端，所述平场凹面光栅位于所述内部腔体内且与所述光谱仪调节装置相连，所述光谱仪调节装置用于调节所述平场凹面光栅在所述内部腔体内的位置，所述CMOS探测器安装于所述壳体的另一端。
8.根据权利要求1所述的新型的双光束水质多参数测试装置，其特征在于，所述第一光纤和所述第二光纤为芯径600um的石英抗紫外光纤。
9.根据权利要求1所述的新型的双光束水质多参数测试装置，其特征在于，所述氙灯为脉冲氙灯，发射光线波长为185-2000nm，使用次数>1*109次。
10.根据权利要求1所述的新型的双光束水质多参数测试装置，其特征在于，所述光纤准直装置和所述光纤耦合装置各通过4个顶丝与所述测量池相连，使所述光纤准直装置、所述光纤耦合装置和所述测量池的同心度可调。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011308735.2A CN112326581A (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种新型的双光束水质多参数测试装置 |
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| CN202011308735.2A CN112326581A (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种新型的双光束水质多参数测试装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113093340A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-07-09 | 中国航天时代电子有限公司 | 一种耐强爆炸冲击的光纤准直器 |
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2020
- 2020-11-20 CN CN202011308735.2A patent/CN112326581A/zh active Pending
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