CN202710469U - 一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置，包括三个LED单色光源，透射式光纤传感器，USB光纤光谱仪和计算机，LED单色光源通过光纤与透射式光纤传感器连接，透射式光纤传感器通过光纤与USB光纤光谱仪连接，USB光纤光谱仪通过USB数据传输线与计算机连接。该装置采用三波长法计算获得任意水样色度，适用于工业污水、地表水和饮用水等水溶液的色度检测，具有结构简单、操作方便、反应灵敏、体积小、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水质色度检测装置，尤其涉及一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置。
背景技术
色度是表示颜色强度的物理量，是表征水质好坏的重要指标之一，现行水质色度检测的国家标准方法(GB/T 11903-1989)是铂钴比色法和稀释倍数法。铂钴比色法是利用由氯铂酸钾和氯化钴配制的色度标准溶液与被测样品进行目视比较以测定水样的色度，适用于清洁水，轻度污染并略带黄色调的水以及清洁的地面水、地下水和饮用水等。稀释倍数法是将样品用光学纯水稀释至用目视比较与光学纯水相比刚好看不见颜色时的稀释倍数作为表达颜色的强度，适用于污染较严重的地面水和工业废水。然而，这两种色度测定方法操作过程繁琐、耗时长，且目视比较过程受实验者视觉因素的影响较大，进而使测定的色度结果存在不确定性。另外，铂钴比色法中用到的贵金属化学试剂价格昂贵，在浪费实验原材料的同时也对环境造成了二次污染。
为了克服目视比色方法的弊端，人们提出了使用分光光度计测量水质色度，并对此开展了研究。分光光度计测量水质色度是基于分光光度法原理，使用分光光度计代替人眼测定水质色度，摆脱了人眼主观因素对测量过程的影响，测量结果客观、真实、可重复性高，测量分辨率也有了很大的提高。但是，使用分光光度计测量水质色度仅限于实验室测量，需要对水样进行采集和预处理，检测过程复杂、周期长、具有二次污染，成本高。
目前相关文献报道的关于分光光度计测量色度的方法，基本上都是通过实验建立色度标准溶液特定波长下的吸光度与色度的拟合关系式，然后通过测量水样的吸光度代入拟合关系式确定其色度值。这实际上是以这样的假设为前提，即废水的颜色色系基本不变而只是深浅有差异，因而对于同一色系的水样其吸收特性基本相同。然而，实际废水的污染成分是复杂的，不同的物质有不同的吸收特性，当污染成分稍有变化时，吸收波长也会发生改变，因而在某一特定波长处，建立吸光度与色度关系的方法无法实现污水色度的普适性测量。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置，该装置利用三波长测量方法测定待测水样的色度，适用于工业污水、地表水和饮用水等水溶液色度的实时快速测量。
本发明所采取的技术方案是：一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置，包括三个LED单色光源，透射式光纤传感器，USB光纤光谱仪和计算机，LED单色光源通过光纤与透射式光纤传感器连接，透射式光纤传感器通过光纤与USB光纤光谱仪连接，USB光纤光谱仪通过USB数据传输线与计算机连接。
所述的三个LED单色光源分别发红光、绿光和蓝光。
所述的透射式光纤传感器包括入射光纤、外壳、出射光纤、滤膜、筒状滤膜固定装置和吊环；滤膜位于透射式光纤传感器的纵向两端，通过筒状滤膜固定装置固定，滤膜孔径为0.45μm；入射光纤和出射光纤位于透射式光纤传感器的横向两端，通过光纤耦合器与外壳连接并固定准直。
一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置，其采用的色度检测计算方法为：
第一步：按国家标准，标准号为GB/T 11903-1989的铂钴比色法配制系列色度值已知的色度标准溶液，采用所述的一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置测量各色度值已知的色度标准溶液的透射光谱，并取各色度值已知的色度标准溶液的透射光谱于595nm，555nm，445nm处的透过率T1、T2、T3，根据公式：
X＝(0.7833×T1)+(0.1974×T3)
Y＝T2
Z＝1.1822×T3
计算出各色度值已知的色度标准溶液的三刺激值X、Y、Z，再由三刺激值计算各色度值已知的色度标准溶液相对于光学纯水的色差AE，利用回归法建立色度与色差的关系式C＝f(ΔE)；
第二步：对于待测水样，采用所述的一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置测量其透射光谱，并取待测水样的透射光谱于595nm，555nm，445nm处的透过率T1、T2、T3，根据公式：
X＝(0.7833×T1)+(0.1974×T3)
Y＝T2
Z＝1.1822×T3
计算出待测水样的三刺激值X、Y、Z，再由三刺激值计算待测水样相对于光学纯水的的色差ΔE，将其代入第一步建立的回归关系式计算得出待测水样的色度C。
本发明的有益效果是：
1.LED单色光源反应迅速、体积小、成本低，更利于系统集成；
2.整个装置体积小、携带方便，能实现快速现场测量；
3.整个装置利用光纤传感测量水质色度，抗干扰性强、能远距离传输、能实现实时在线监测。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1是一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置的结构示意图。
图2是透射式光纤传感器结构示意图。
图1中：1是LED单色光源，其发光波长为红光；2是LED单色光源，其发光波长为绿光；3是LED单色光源，其发光波长为蓝光；4是光纤耦合器；5是传光光纤；6是入射光纤；7是透射式光纤传感器；8是出射光纤；9是光纤耦合器；10是USB光纤光谱仪；11是USB数据传输线；12是计算机。
图2中：6是入射光纤；8是出射光纤；13是透射式光纤传感器外壳；14是筒状滤膜固定装置；15是光纤耦合器；16是吊环；17是滤膜；18是光纤耦合器。
具体实施方式
图1中，一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置，包括三个LED单色光源1、2、3，透射式光纤传感器7，USB光纤光谱仪10和计算机12。LED单色光源1、2、3通过传光光纤5、入射光纤6与透射式光纤传感器7连接，透射式光纤传感器7通过出射光纤8与USB光纤光谱仪10连接，USB光纤光谱仪10通过USB数据传输线11与计算机12连接。
图2中，透射式光纤传感器7，由入射光纤6，外壳13，光纤耦合器15，筒状滤膜固定装置14，吊环16，滤膜17，光纤耦合器18，出射光纤8组成。外壳13是一个四通结构，横向和纵向两端都为外螺纹结构；筒状滤膜固定装置14具有内螺纹结构，与纵向两端外螺纹相吻合。入射光纤6和出射光纤8分别通过光纤耦合器15和光纤耦合器18与外壳13连接和准直，滤膜17通过筒状滤膜固定装置14固定在外壳13纵向两端。
一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置，其色度检测的原理主要采用三波长测量计算方法：
第一步：按国家标准，标准号为GB/T 11903-1989的铂钴比色法配制系列色度值已知的色度标准溶液，采用所述的一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置测量各色度值已知的色度标准溶液的透射光谱，并取各色度值已知的色度标准溶液的透射光谱于595nm，555nm，445nm处的透过率T1、T2、T3，根据公式：
X＝(0.7833×T1)+(0.1974×T3)
Y＝T2
Z＝1.1822×T3
计算出各色度值已知的色度标准溶液的三刺激值X、Y、Z，再由三刺激值计算各色度值已知的色度标准溶液相对于光学纯水的色差ΔE，利用回归法建立色度与色差的关系式C＝f(ΔE)；
第二步：对于待测水样，采用所述的一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置测量其透射光谱，并取待测水样的透射光谱于595nm，555nm，445nm处的透过率T1、T2、T3，根据公式：
X＝(0.7833×T1)+(0.1974×T3)
Y＝T2
Z＝1.1822×T3
计算出待测水样的三刺激值X、Y、Z，再由三刺激值计算待测水样相对于光学纯水的的色差ΔE，将其代入第一步建立的回归关系式计算得出待测水样的色度C。
本发明实施色度检测的工作过程如下：
将透射式光纤传感器7用钢丝或绳索连接吊环16放入待测水样中并完全浸没，由于透射式光纤传感器7纵向两端固定有滤膜17，进入透射式光纤传感器7内的水基本不包括大颗粒杂质。LED单色光源1、2、3发出的红、绿、蓝光通过光纤耦合器4进入传光光纤5、入射光纤6，经光纤耦合器15耦合进入透射式光纤传感器7，光被透射式光纤传感器7内的水选择性吸收后，经光纤耦合器18进入出射光纤8，传输至光纤耦合器9进入USB光纤光谱仪10，USB光纤光谱仪10经过分光和光电转换，将采集数据通过USB数据传输线11传送至计算机12，计算机12通过三波长测量计算方法，计算获得待测水样的色度值。
Claims (3)
1.一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置，包括三个LED单色光源，透射式光纤传感器，USB光纤光谱仪和计算机，LED单色光源通过光纤与透射式光纤传感器连接，透射式光纤传感器通过光纤与USB光纤光谱仪连接，USB光纤光谱仪通过USB数据传输线与计算机连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置，其特征在于：所述三个LED单色光源分别发红光、绿光和蓝光。
3.根据权利要求1所述的一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置，其特征在于：所述的透射式光纤传感器包括入射光纤、外壳、出射光纤、滤膜、筒状滤膜固定装置和吊环；滤膜位于透射式光纤传感器的纵向两端，由筒状滤膜固定装置固定，滤膜孔径为0.45μm；入射光纤和出射光纤位于透射式光纤传感器的横向两端，通过光纤耦合器与外壳连接并固定准直。
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| CN102788757A (zh) * | 2012-08-28 | 2012-11-21 | 中国计量学院 | 一种基于透射式光纤传感器的水质色度检测装置 |
| CN113686796A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-23 | 淮北师范大学 | 应用多光谱传感器的水质测量装置及测量方法 |
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