CN205844192U

CN205844192U - 一种双光路水体石油烃类原位监测装置

Info

Publication number: CN205844192U
Application number: CN201620763188.XU
Authority: CN
Inventors: 冯巍巍; 蔡宗岐
Original assignee: Yantai Institute of Coastal Zone Research of CAS
Current assignee: Yantai Institute of Coastal Zone Research of CAS
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2026-07-20

Abstract

本实用新型公开一种双光路水体石油烃类原位监测装置，控制与信号处理模块控制稳压模块为光源提供稳定电压信号使LED灯稳定输出激发光，激发光信号经滤光片滤除杂散光到达二向色分光片；二向色分光片将少部分的光信号反射后由光电探测器一进行检测，作为光源能量变化的参考信号；另外大部分的光经二向色分光片透射再经透镜聚焦于待测水样产生荧光，荧光信号经二向色分光片反射后由光电探测器二进行检测；最后光电探测器二和光电探测器一采集的光信号经控制与信号处理模块处理后输出；本实用新型实现实时、快速、精确了解水体石油烃类污染物变化情况。

Description

一种双光路水体石油烃类原位监测装置

技术领域

本实用新型专利涉及水体污染原位监测领域，尤其涉及环境光学监测技术领域，具体为一种双光路水体石油烃类原位监测装置。

背景技术

近年来，随着我国国民经济的迅速发展，国内环境污染日益严重。其中，水体中石油烃类物质污染已经十分突出。石油烃类污染物进入水体后对水体环境、水生动植物、甚至人类具有严重危害。目前对于水体中石油烃类物质的传统检测方法主要有重量法、浊度法、红外分光光度法、气相色谱法、紫外分光光度法等。首先，传统方法多以现场采样、实验室分析为主，所取样品在运输、储存等过程中低沸点的成份可能挥发或变质，导致测量结果的准确性很难保证，不能实时、原位地反映出水污染的状况；其次，大部分传统方法需要萃取操作，处理步骤耗时较长而无法满足应急监测的快速测定要求，而萃取剂又造成了二次污染，萃取溶剂四氯化碳会破坏大气中的臭氧层，而且直接对人体健康造成危害；再次，检测方法中浊度法，紫外分光光度法，红外分光光度法等都需要有代表性很好的标准石油污染物，而完全满足各种不同污染的测量是十分困难的。最后，大部分传统方法的测试仪器价格昂贵，运行费用高。

与上述方法相比紫外荧光法不需要任何化学试剂，对水质本身没有影响，而且不需要对水样进行处理，直接测量，检测数据快，避免了繁琐的步骤。因其具有简单、快速、实时分析、无需其他化学试剂、不存在二次污染等优点而备受关注。

实用新型内容

为了克服现有技术中存在的上述方面的缺点，实现水体石油烃类污染物的实时、在线测量，本实用新型提供一种基于荧光技术，无需化学试剂，几乎不用维护，且不易受到外界干扰，性能优异，使用方便的荧光法探头式在线测量装置。装置主要由传感器壳体、控制与信号处理单元、光源和信号采集单元四部分组成，实现了现场实时、快速精准监测水体石油烃类污染物浓度的目的。该装置控制与信号处理模块控制光源工作，光源发出紫外光，紫外光经过二向色分光片一路少部分的光被反射后由光电二极管进行检测，作为光源能量变化的参考信号；另一路大部分光经二向色分光片透射后经透镜聚焦于待测水样产生荧光，荧光信号经二向色分光片反射后由光电倍增管进行检测。最后光电倍增管和光电二极管采集的光信号经控制与信号处理模块处理后输出。

本实用新型具体技术方案如下：

一种双光路水体石油烃类原位监测装置，包括传感器壳体、控制与信号处理单元、光源和信号采集单元。

所述传感器壳体包括接头、外壳、透镜、石英光窗和清洁刷；

所述控制与信号处理单元包括控制与信号处理模块、稳压模块和电机；

所述信号采集单元包括光电探测器一、光电探测器二、二向色分光片和滤光片一及滤光片二；

采用超亮紫外LED灯作为激发光源，在激发光源前设置一个稳压模块来提高LED灯的稳定性；

控制与信号处理模块控制稳压模块为光源提供稳定电压信号使LED灯稳定输出激发光，激发光信号经滤光片滤除杂散光到达二向色分光片；二向色分光片将少部分的光信号反射后由光电探测器一进行检测，作为光源能量变化的参考信号；另外大部分的光经二向色分光片透射再经透镜聚焦于待测水样产生荧光，荧光信号经二向色分光片反射后由光电探测器二进行检测；最后光电探测器二和光电探测器一采集的光信号经控制与信号处理模块处理后输出。

所述超亮紫外LED灯中心波长为365nm。

二向色分光片采用45°方向安装，反射波长420-600nm的光并透射波长350-420nm的光。

所述透镜和石英光窗组成的测量光窗安装于传感器侧面，避免传统传感器光窗安装于传感器底部实际测量中易造成光窗的破损和污染问题。

所述控制与信号处理模块定期控制电机转动，电机通过电机轴带动清洁刷14来回摆动，去除测量光窗上的污渍，保证测量的准确性。

所述光电探测器一采用光电二极管；所述光电探测器二采用光电倍增管，光谱范围230-700nm。

本实用新型的优点是：

1、在激发光源前设计一个稳压模块来保证LED灯输出稳定的光信号，光源采用超亮LED灯作为激发光源，具有发光强度高，体积小，使用寿命长的特点。

2、光路结构采用双光路结构，为测量设置一个参考光路，可有效的避免光源波动及光源衰减带来的影响，提高了装置的测量稳定性和准确性。

3、测量光窗安装于传感器侧面，避免传统传感器光窗安装于传感器底部造成光窗的破损和污染的影响。

4、为装置设计一个自动清洗装置，定期清洗测量光窗降低光窗污染减少测量误差。

本实用新型的效果：

本实用新型的双光路水体石油烃类原位监测装置，采用测量激发的荧光信号强度反演石油烃类污染物浓度，可实现对水体石油烃类污染物的直接测量、检测速度快，避免繁琐的步骤，同时不需要化学试剂，避免对水质的二次污染。采用双光路结构，可有效的避免光源波动及光源衰减带来的影响，提高了装置的测量稳定性和准确性。实现实时、快速、精确了解水体石油烃类污染物变化情况。提高环境部门对水体石油烃类污染物监测技术水平，为有效预防水体石油烃类污染提供有力的技术支撑。

附图说明

图1是本实用新型装置的结构示意图。

图1中：1、接头；2、外壳；3、控制与信号处理模块；4、稳压模块；5、LED；6、滤光片一；7、二向色分光片；8、光电探测器一；9、透镜；10、石英光窗；11、滤光片二；12、光电探测器二；13、电机；14清洁刷。

图2是本实用新型装置测量光窗位置示意图。

图2中：1301、电机轴；14、清洁刷；10、石英光窗；清洁刷A位置；清洁刷B位置。

具体实施方式

图1所示包括传感器壳体、控制与信号处理单元、光源和信号采集单元。

所述传感器壳体包括接头1、外壳2、透镜9、石英光窗10和清洁刷14；

所述控制与信号处理单元包括控制与信号处理模块3、稳压模块4 和电机13；

所述信号采集单元包括二向色分光片7、光电探测器8和12、滤光片6和11。

其中：

采用超亮紫外LED灯5作为激发光源，在激发光源前设计一个稳压模块4来提高LED灯的稳定性。

控制与信号处理模块3控制稳压模块4为光源提供稳定电压信号使LED灯5稳定输出激发光，激发光信号经滤光片一6滤除杂散光到达二向色分光片7。二向色分光片7将少部分的光信号反射后由光电探测器一8进行检测，作为光源能量变化的参考信号；另外大部分的光经二向色分光片7透射再经透镜9聚焦于待测水样产生荧光，荧光信号经二向色分光片7反射后由光电探测器二12进行检测。最后光电探测器一8和光电探测器二12采集的光信号经控制与信号处理模块3处理后由接头1输出。

所述透镜9和石英光窗10组成的测量光窗安装于传感器侧面，避免传统传感器光窗安装于传感器底部造成光窗的破损和污染的影响。

所述超亮紫外LED灯5中心波长为365nm。

所述二向色分光片7采用45°方向安装，反射波长420-600nm的光并透射波长350-420nm的光，使激发光经二向色分光片7后垂直入射待测水样，激发的荧光信号经二向色分光片7反射后被光电探测器二12检测。

所述光路结构采用双光路结构测试，激发光源发出光信号到达二向色分光片7后分成两部分，一部分经二向色分光片7反射用于作为参考信号，另一部分经二向色分光片7透射用于激发荧光信号。

所述光电探测器12采用高灵敏度光电倍增管，光谱范围 230-700nm。

图2所示包括电机轴1301、清洁刷14、石英光窗10、清洁刷A位置和清洁刷B位置。所述控制与信号处理模块3定期控制电机13转动，电机13通过电机轴1301带动清洁刷14在清洁刷A位置和清洁刷B位置之间来回摆动，去除石英光窗10上的污渍。

控制与信号处理模块、光电探测器均可采用市购产品，如控制与信号处理模块3可采用STM32系列单片机。

本实用新型原理是：石油烃类包含很多荧光物质。其中占主导地位的是芳香族化合物和含有共轭双键化合物，它们均具有π电子的不饱和结构。由于这些结构特性，当石油烃类污染物在特定紫外光照射下会发出特性的荧光信号，在一定浓度范围内不同浓度的污染物与所发出的荧光信号呈线性关系，通过测量所激发的荧光信号可以反演出石油烃类污染物的浓度。

Claims

1.一种双光路水体石油烃类原位监测装置，其特征在于：包括传感器壳体、控制与信号处理单元、光源和信号采集单元；

控制与信号处理模块控制稳压模块为光源提供稳定电压信号使LED灯稳定输出激发光，激发光信号经滤光片滤除杂散光到达二向色分光片；二向色分光片将少部分的光信号反射后由光电探测器一进行检测，作为光源能量变化的参考信号；另外大部分的光经二向色分光片透射再经透镜聚焦于待测水样产生荧光，荧光信号经二向色分光片反射后由光电探测器二进行检测；最后光电探测器二和光电探测器一采集的光信号经控制与信号处理模块处理后输出；

所述控制与信号处理模块定期控制电机转动，电机通过电机轴带动清洁刷来回摆动，去除测量光窗上的污渍，保证测量的准确性。

2.根据权利要求1所述的双光路水体石油烃类原位监测装置，其特征在于：所述超亮紫外LED灯中心波长为365nm。

3.根据权利要求1所述的双光路水体石油烃类原位监测装置，其特征在于：二向色分光片采用45°方向安装，反射波长420-600nm的光并透射波长350-420nm的光。

4.根据权利要求1所述的双光路水体石油烃类原位监测装置，其特征在于：所述透镜和石英光窗组成的测量光窗安装于传感器侧面。