CN209992383U - 一种原位光谱法多参数水质监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种原位光谱法多参数水质监测装置，设有氙灯光源、滤光通道切换器、样品槽、光路切换器、光谱仪，所述氙灯光源的出光口通过第一光纤连接到滤光通道切换器，滤光通道切换器的出口经由第二光纤连接到样品槽，样品槽内第二光纤端口的正对面位置设有第三光纤，第三光纤向外连接于光路切换器第一接口；样品槽内第二光纤入口的同侧位置设有第四光纤，第四光纤向外连接于光路切换器第二接口；所述光路切换器其出口端通过第五光纤连接于光谱仪的入射端；同时进一步利用Z型光纤，将入射光一分为二，分成两束相同状态光强对半的光，设置参比光路，并将入射光路及荧光探测光路合二为一，大大简化光路结构，提高系统监测数据的准确性及稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及资源环境保护技术领域，特别是一种原位光谱法多参数水质监测装置。
背景技术
水是生命之源，对水资源的监测能够反映出水资源的质量，并对水资源存在的问题作出及时反馈，为解决水资源质量问题的方案提供参考依据。
通过光学手段对水质的参数进行光谱法监测是一种新型的水质监测技术，无需对样品进行预处理、无需化学试剂、测量周期短、检测速度快、设备成本低和可实现在线、原位监测等优点。
目前，现有的光谱法的水质监测装置大多基于单一光学原理开发，如基于紫外/可见波段的连续光谱利用水质的透射吸收比监测水质参数，其工作机制是利用紫外/可见波段的连续光谱光束照射待测水样时，被监测水样因光照射而产生多种不同光效应，将不同光效应产生的光谱通过光谱仪进行分光可揭示水质样品中不同化学成分的组成和含量，是光谱法水质监测技术的基础；但是，现有的光谱法的水质监测装置大多数基于单一光学原理研发，功能单一，无法同时得到多种水质监测参数。
另，系统中光源光衰减及因外界环境致使光电器件产生的不稳定性影响，使得监测的准确度及数据的精度容易受到影响，准确度易受到干扰。
中国发明专利CN101275905A《一种多源光谱融合便携式水质分析仪》给出了一种采用氘卤灯、集成多种波长的激光器作为光源及双光谱仪检测器的实现方法，以同时实现紫外/可见透射吸收光谱及荧光光谱，但其光路结构复杂，装置成本高，不宜实现大规模推广应用，无设置参比光路，监测的准确度及数据的精度受系统中光源因使用时长产生的的光衰减及因温度等界环境致使光电器件产生的不稳定性等基线漂移因素影响大，因此上述方法存在局限性。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对原有水质监测的技术上，提供一种原位光谱法多参数水质监测装置，实现紫外可见吸收监测光谱、参比光谱及荧光光谱同一系统异步测量的新光路结构，提供一种新的水质监测装置参比光路的结构。
为了达成上述目的，本实用新型的解决方案为：一种原位光谱法多参数水质监测装置，设有氙灯光源、滤光通道切换器、样品槽、光路切换器和光谱仪，其特征在于：所述氙灯光源的出光口通过第一光纤连接到滤光通道切换器，滤光通道切换器的出口经由第二光纤连接到样品槽，样品槽内第二光纤端口的正对面位置设有第三光纤，第三光纤向外连接于光路切换器第一接口；样品槽内第二光纤入口的同侧位置设有第四光纤，第四光纤向外连接于光路切换器第二接口；所述光路切换器其出口端通过第五光纤连接于光谱仪的入射端；
进一步，所述滤光通道切换器的出口同时与第六光纤连接，进一步连接到光路切换器的第三接口；
进一步，所述第二光纤、第四光纤、第六光纤由一Z型光纤代替，该Z型光纤为一体式光纤元器件，该Z型光纤内置第一光纤路、第二光纤路和第三光纤路，其中第二光纤路为可传输荧光的光纤，第三光纤路的两端部分别与第一光纤路的一端部、第二光纤路的一端部相结合为一体光纤部；其中滤光通道切换器的出口连接Z型光纤的第一光纤路与第三光纤路结合而成的一体光纤部；第二光纤路与第三光纤路结合而成的一体光纤部与样品槽连接；所述Z型光纤的第一光纤路的另一端与光路切换器的第三接口连接，第二光纤路的另一端与光路切换器的第二接口连接；
进一步，所述Z型光纤在样品槽内的一体光纤部其端部进一步连有一光纤准直镜；
进一步，所述第三光纤在样品槽内的端部进一步连有一光纤准直镜。
采用上述方案后，该监测装置的特点是采用Z型光纤、滤光通道切换器、光路切换器设计，在水质监测系统进行样品监测时，通过Z型光纤，将入射光一分为二，分成两束相同状态光强对半的光，设置参比光路，并将入射光路及荧光探测光路合二为一，通过滤光通道切换器探测需要的特定波长的荧光，通过光路切换器切换监测光路，相比现有技术，大大简化光路结构，提高系统监测数据的准确性及稳定性，最后在上述光谱获取结果的基础上，通过计算光谱之间的关系，消除影响，获取水样中特定化合物的有效光谱信号并进行计算。
由于水质监测装置每次测量时，通过切换光路切换器依次获取紫外可见吸收监测光谱、参比光谱，因切换间隔时间很短，因此可将在此间隔时间内的光源和光敏传感器等光电器件的性能漂移视为零。通过计算，从待测水样的紫外可见吸收监测光谱中扣除参比光谱的影响后误差互相抵消，因此有效降低和消除了光电器件性能漂移对待测水样中特定化合物的有效光谱信号的影响。
本实用新型在实现时，未改变水质监测装置原有光电器件类型和光谱产生机制，因此在消除光电器件性能漂移的影响时，不改变待测水样中特定化合物有效光谱信号的信噪比，也不改变由原有光电器件类型决定的待测水样中特定化合物有效光谱信号类型，因此可用于各种水质监测装置的光电器件性能漂移误差消除。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图；
图2是本实用新型实施例Z型光纤的外部示意图；
图3是本实用新型实施例Z型光纤的内部原理示意图；
图4是本实用新型图1的A处局部内部示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型做详细描述：
一种原位光谱法多参数水质监测装置，如图1所示，设有氙灯光源1、样品槽2、光路切换器3、第一光纤准直镜4和第二光纤准直镜5、光谱仪6、Z型光纤8、滤光通道切换器9；
如图2、图3所示，其中图3为图2 Z型光纤8的内部原理示意图，所述Z型光纤为一体式光纤元器件，该Z型光纤8内置第一光纤路81、第二光纤路82和第三光纤路83，其中第二光纤路82为可传输荧光的光纤，由图3可以看出，第三光纤路83的两端部831、832分别与第一光纤路81的一端部811、第二光纤路82的一端部822相结合为一体光纤部，如图2、图3所示，第一光纤路81的一端部811与第三光纤路83的一端部831结合为一体光纤部841；第二光纤路82的一端部822与第三光纤路83的一端部832结合为一体光纤部842；
如图1、图4所示，所述氙灯光源1的出光口11通过第一光纤71连接到滤光通道切换器9的入口92，滤光通道切换器9出口91再与Z型光纤8的一体光纤部841连接，Z型光纤8的一体光纤部842连接至样品槽2且一体光纤部842的端口进一步连接有第二光纤准直镜5，Z型光纤8的另一端部812与光路切换器3的第三接口33连接，Z型光纤8的另一端821进一步连接于光路切换器3第二接口32。
在样品槽2内，Z型光纤8的一体光纤部842的第二光纤准直镜5的正对面设有所述第一光纤准直镜4，第一光纤准直镜4进一步通过第三光纤73连接于光路切换器3的第一接口31；所述光路切换器3其出口端34通过第五光纤75连接于光谱仪的入射端。
步骤一：以上当氙灯光源1打开时，入射光传输至滤光通道切换器9，此时滤光通道切换器9内选择无滤光片通道，入射光通过空气传输到滤光片通道切换器出口91，滤光通道切换器的出口91连接Z型光纤8的一体光纤部841，入射光经第一光纤路81和第三光纤路83向外传输，其中一半入射光经过第三光纤路83传输至样品槽2，入射光经过一体光纤部842上的第二光纤准直镜5转为平行入射光，进而对样品槽2内的监测水样进行照射，所得的透射光经由第一光纤准直镜4接收并转为平行透射光之后通过第三光纤进一步传输到光路切换器3，通过光路切换器3传输至光谱仪进行光谱监测，得到紫外可见吸收监测光谱；另一半入射光经过第一光纤路81传输至光路切换器3的第三接口33，经由光路切换器3切换至光谱仪进行监测，得到参比光谱，将紫外可见吸收监测光谱与参比光谱进行相应的数值计算，消除误差，得到准确的监测数值；
步骤二：根据实际需要监测的参数对应的激发荧光波长选择滤光通道切换器可通过的波段，当氙灯光源1打开时，入射光传输至滤光通道切换器9，滤光通道切换器的出口91连接Z型光纤8的一体光纤部841，经过波段选择后的入射光从第一光纤路81和第三光纤路83向外传输，其中一半入射光经过第三光纤路83传输至样品槽2，进而对样品槽2内的检测样品(检测液)进行照射，入射光通过检测样品激发产生荧光，第二光纤准直镜5接收所激发的荧光并进一步通过Z型光纤8的一端821传输至光路切换器3的第二接口32，经由光路切换器3切换至光谱仪进行监测，得到荧光光谱。
监测过程中通过切换光路切换器依次获取紫外可见吸收监测光谱、参比光谱的切换间隔时间很短，因此可将在此间隔时间内的光源和光敏传感器等光电器件的性能漂移视为零，通过计算，从待测水样的紫外可见吸收监测光谱中扣除参比光谱的影响后误差互相抵消，因此有效降低和消除了光电器件性能漂移对待测水样中特定化合物的有效光谱信号的影响。
利用此装置，既可得到需要监测的荧光光谱，进而监测出一项依赖于荧光光谱监测的参数，又可得到紫外可见吸收监测光谱与参比光谱进行空白监测对比，提高数据的准确度，可实现同时多项监测的目的，另，由于装置设置了参比光谱，监测的准确度及数据的精度受系统中光源因使用时长产生的光衰减及因温度等界环境致使光电器件产生的不稳定性等影响降低到最少。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (5)
1.一种原位光谱法多参数水质监测装置，设有氙灯光源、滤光通道切换器、样品槽、光路切换器、光谱仪，其特征在于：所述氙灯光源的出光口通过第一光纤连接到滤光通道切换器，滤光通道切换器的出口经由第二光纤连接到样品槽，样品槽内第二光纤端口的正对面位置设有第三光纤，第三光纤向外连接于光路切换器第一接口；样品槽内第二光纤入口的同侧位置设有第四光纤，第四光纤向外连接于光路切换器第二接口；所述光路切换器其出口端通过第五光纤连接于光谱仪的入射端。
2.如权利要求1所述的一种原位光谱法多参数水质监测装置，其特征在于：氙灯光源的出光口经过滤光通道切换器后与第六光纤连接，进一步连接到光路切换器的第三接口。
3.如权利要求2所述的一种原位光谱法多参数水质监测装置，其特征在于：所述第二光纤、第四光纤、第六光纤由一Z型光纤代替，所述Z型光纤为一体式光纤元器件，该Z型光纤内置第一光纤路、第二光纤路和第三光纤路，其中第二光纤路为可传输荧光的光纤，第三光纤路的两端部分别与第一光纤路的一端部、第二光纤路的一端部相结合为一体光纤部；其中滤光通道切换器的出口连接Z型光纤的第一光纤路与第三光纤路结合而成的一体光纤部；第二光纤路与第三光纤路结合而成的一体光纤部与样品槽连接；所述Z型光纤的第一光纤路的另一端与光路切换器的第三接口连接，第二光纤路的另一端与光路切换器的第二接口连接。
4.如权利要求3所述的一种原位光谱法多参数水质监测装置，其特征在于：所述Z型光纤在样品槽内的一体光纤部其端部进一步连有一光纤准直镜。
5.如权利要求3所述的一种原位光谱法多参数水质监测装置，其特征在于：第三光纤在样品槽内的端部也进一步连有一光纤准直镜。
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| CN201920699829.3U CN209992383U (zh) | 2019-05-16 | 2019-05-16 | 一种原位光谱法多参数水质监测装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN110018123A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-07-16 | 厦门斯坦道科学仪器股份有限公司 | 一种原位光谱法多参数水质监测方法及装置 |
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2019
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