CN213121592U - 一种光谱水质探头和光谱水质检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及水质探测技术领域，提供一种光谱水质探头和光谱水质检测装置。该光谱水质探头包括外壳以及安装于外壳内的光源、准直透镜和汇聚透镜，所述外壳内位于所述准直透镜和所述汇聚透镜之间设置有与外界连通的吸收池，所述外壳的端部安装有光纤接口，所述光源发出的光依次经过准直透镜、吸收池和汇聚透镜到达所述光纤接口。本实用新型实施例提供的光谱水质探头，通过将光源、准直透镜和汇聚透镜集成到一个外壳中，并通过与外界连通的吸收池，使待测水样进入外壳内，实现对水样吸收光谱的测量。该光谱水质探头结构简单，携带和操作方便，能够避免对水质造成的二次污染。

Description

一种光谱水质探头和光谱水质检测装置

技术领域

本实用新型实施例涉及水质探测技术领域，尤其涉及一种光谱水质探头和光谱水质检测装置。

背景技术

随着经济的发展，水污染问题日益加剧，影响到人民生活和工农业生产。针对人们对水质安全提出的越来越多的需求，开展水质检测是确保水质安全的重要措施之一。由于水污染越来越严重，导致需要检测指标越来越多，因此对水质分析仪的性能提出了更高要求。

传统采用化学分析法，通过采样一定量的水，向水中加入化学试剂，再通过水质分析仪对水质相关参数进行测定。这种方法分析速度慢、操作复杂，一次测量耗时较长，不能做到实时在线检测；且一台设备一般只能检测一个参数，对于目前对水质参数测量的多样性来说，需要多设备同时检测，且设备的稳定性差、维护费用高；特别是对附加药品的依赖使其存在二次污染。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种光谱水质探头和光谱水质检测装置，用以解决传统的水质监测技术操作复杂和存在二次污染的问题的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供一种光谱水质探头，包括外壳，以及安装于外壳内的光源、准直透镜和汇聚透镜，所述外壳内位于所述准直透镜和所述汇聚透镜之间设置有与外界连通的吸收池，所述外壳的端部安装有光纤接口，所述光源发出的光依次经过准直透镜、吸收池和汇聚透镜到达所述光纤接口。

其中，所述外壳内还设置有与所述吸收池并列的参考池，所述外壳内还安装有光路切换器，所述准直透镜的输出光束对应于所述吸收池和所述参考池形成两条检测光路，所述光路切换器用于阻挡其中任一条检测光路。

其中，所述光路切换器包括光学挡板和第一驱动电机，所述第一驱动电机固定于所述外壳的内壁，所述第一驱动电机的驱动端与所述光学挡板连接。

其中，所述参考池和所述吸收池沿所述检测光路方向的长度相等。

其中，还包括光程调节器，所述光程调节器安装于所述吸收池内，用于调节所述吸收池沿所述检测光路方向的长度。

其中，所述光程调节器包括推板和第二驱动电机，所述第二驱动电机固定于所述吸收池的内壁，所述推板和所述吸收池的内壁为滑动密封连接，所述第二驱动电机的驱动端与所述推板连接。

其中，所述外壳上设有进水口，所述吸收池通过所述进水口与所述外壳的外部连通。

其中，所述光源为卤素灯或氙灯。

其中，所述光纤接口为SMA接口或FC光纤跳线。

第二方面，本实用新型实施例提供一种光谱水质检测装置，包括光纤光谱仪和如上述第一方面所述的光谱水质探头，所述光纤接口通过光纤与所述光纤光谱仪相连。

本实用新型实施例提供的光谱水质探头，通过将光源、准直透镜和汇聚透镜集成到一个外壳中，并通过与外界连通的吸收池，使待测水样进入外壳内，并位于准直透镜和汇聚透镜之间的光路上，实现对水样吸收光谱的测量。该光谱水质探头结构简单，携带和操作方便，能够避免对水质造成二次污染。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例光谱水质探头的结构示意图。

图中：1、外壳；2、光源；3、准直透镜；4、汇聚透镜；5、光纤接口；6、吸收池；61、进水口；7、参考池；8、光学挡板；9、推板；11、第一检测光路；12、第二检测光路。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示为本实用新型实施例光谱水质探头的结构示意图，该光谱水质探头包括外壳1，以及安装于外壳1内的光源2、准直透镜3和汇聚透镜4，外壳1内位于准直透镜3和汇聚透镜4之间设有与外界连通的吸收池6，外壳1的端部安装有光纤接口5，光源2发出的光依次经过准直透镜3、吸收池6和汇聚透镜4到达光纤接口5。其中，光源2、准直透镜3和汇聚透镜4密封于外壳1内部，吸收池6位于准直透镜3和汇聚透镜4之间并于外界连通，即光源2发出的光经准直透镜3之后入射到吸收池6中，吸收池6靠近准直透镜3的端面和靠近汇聚透镜4的端面均可供光谱通过。其中，光源2为宽谱光源，如卤素灯或氙灯。光纤接口5为SMA接口或FC光纤跳线。

使用时本实用新型实施例提供的探头时，直接将探头浸入到待测水样中，由于吸收池6与外界连通，水会进入吸收池6。吸收池6内充满水后，打开光源2，光源2发出的光经准直透镜3准直后从吸收池6的一端面进入吸收池6，然后由吸收池6的另一端面传出，形成吸收光谱，吸收光谱再通过汇聚透镜4聚焦到光纤接口5。其中，光纤接口5用于与光谱分析仪通过光纤连接，通过该光纤将水样的吸收光谱实时传递给光谱分析仪，由光谱分析仪根据该吸收光谱计算水质相关参数如COD、浊度、溶解氧、pH、电导率、氨氮、总磷、总氮等，从而实现对水质的多参数、快速和实时的测量。

本实用新型实施例提供的光谱水质探头，通过将光源2、准直透镜3和汇聚透镜4集成到一个外壳1中，并通过与外界连通的吸收池6，使待测水样进入外壳1内，并位于准直透镜3和汇聚透镜4之间的光路上，实现对水样吸收光谱的测量。该探头结构简单，携带和操作方便，能够避免对水质造成二次污染。另外，由于待测水样位于外壳1内，光谱在相对封闭的空间传输，能够一定程度上避免外界环境光对光谱测量的影响。

本实用新型实施例中，外壳1的侧壁开设有进水口61，吸收池6通过进水口61与外壳1的外部连通。进水口61的形状可以为圆形口，也可以为适应于外壳1外形的条形口。进水口61的尺寸在保证水样能够顺利的进入吸收池6的情况下，应尽可能的小，以最大程度的减少外界环境光进入吸收池6，从而减少环境光对光谱测量的干扰。

本实用新型实施例中，外壳1内与吸收池6并列地还设置有参考池7，外壳1内还安装有光路切换器，准直透镜3的输出光束对应于吸收池6和参考池7形成两条检测光路，光路切换器用于阻挡其中任一条检测光路。

其中，参考池7为外壳1内部的一个封闭的腔体，不与外界连通且腔体内部为空。吸收池6和参考池7靠近准直透镜的端面上设有相同面积的入光口。

经过吸收池6的检测光路为第一检测光路11，经过参考池7的检测光路为第二检测光路12。光路切换器可位于准直透镜3与吸收池6或参考池7之间，也可以位于吸收池6或参考池7与汇聚透镜4之间，用于阻挡第一检测光路11或第二检测光路12。具体的，当光路切换器切换当前检测光路为第一检测光路11时，光源2的光经准直透镜3后进入吸收池6，用来测量水样的吸收光谱；当光路切换器切换当前检测光路为第二检测光路12时，光源2的光经准直透镜3后进入参考池7，用来测量由于光源2的衰减和探头本身噪声对光谱测量的影响。使用时，先利用第一检测光路11测量水样的吸收光谱，再利用第二检测光路12测量的光谱来补偿光源的衰减和探头本身噪声带来的影响，从而提高探头对吸收光谱测量的准确性。

本实用新型实施例中，光路切换器包括光学挡板8和第一驱动电机(图中未示出)，第一驱动电机固定于外壳内壁，第一驱动电机的驱动端与光学挡板8连接。其中，第一驱动电机驱动光学挡板8在第一检测光路11和第二检测光路12之间来回移动，以阻挡第一检测光路11或第二检测光路12，例如，第一驱动电机驱动光学挡板8以垂直于两条检测光路的方向移动。

具体的，如图1所示，当第一驱动电机驱动光学挡板8移动至第一检测光路11中时，准直透镜3出射的准直光束经参考池7和汇聚透镜4到达光纤接口5；当第一驱动电机驱动光学挡板8移动至第二检测光路12中时，准直透镜3出射的准直光束则经吸收池6和汇聚透镜4达到光纤接口5。本实用新型实施例中，光路切换器可位于吸收池6和参考池7靠近准直透镜3的一侧；也可位于吸收池6和参考池7靠近汇聚透镜4的一侧，如图1所示。

为了使光谱分析仪的计算更加直观，本实用新型实施例中，参考池7和吸收池6沿检测光路方向的长度相等。当然，参考池7和吸收池6的长度也可以不等，当参考池7和吸收池6的长度不等时在根据所测量到的吸收光谱计算水质参数时，需要考虑参考池7与吸收池6的长度关系，即光束分别在参考池7和吸收池6中的光程。

本实用新型实施例提供的光谱水质探头还包括光程调节器，光程调节器安装于吸收池6内，用于调节吸收池6沿检测光路方向的长度。通过调节吸收池6沿检测光路方向的长度，从而调节光束在吸收池6内的光程。在实际对水质进行检测时，光束在吸收池6内的传播光程会由于水质的不同而存在差异，例如水质较浑浊时，水中物质对光谱的吸收量较大，光束在水样中的可传播的光程比较短，此时将吸收池6的长度调小，以减小光束在吸收池6内的传播光程，以保证有吸收光谱能够从吸收池6中传出。

其中，如图1所示，光程调节器包括第一推板9和第二驱动电机(图中未示出)，第二驱动电机固定于吸收池6的内壁，第一推板9和吸收池6的内壁为滑动密封连接，第二驱动电机的驱动端与第一推板9连接，用于推动第一推板9沿检测光路方向移动。第一推板9应为可供光谱通过的光学板。第一推板9与吸收池6内壁之间设置有动密封件，如O型圈。

本实用新型实施例中，参考池7内部安装有与第一推板9相同材质和相同厚度的第二推板(图中未示出)。其中，第二推板可以固定于参考池7的内壁；当需要保持参考池7内的光程与吸收池6内的光程相等时，可以设置为第二推板与参考池7的内壁滑动连接，并可与第一推板9同步沿检测光路方向滑动，相应的，参考池7内安装有第三驱动电机，第三驱动电机的驱动端与第二推板连接，以推动第二推板沿检测光路方向移动。

本实用新型实施例还提供一种光谱水质检测装置，该光谱水质检测装置包括光纤光谱仪和上述实施例所述的光谱水质探头，光谱水质探头的光纤接口5通过光纤与光纤光谱仪相连，光谱水质探头用于测量水样的吸收光谱，并将吸收光谱传递给光纤光谱仪进行水质参数的计算。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光谱水质探头，包括外壳，其特征在于，还包括安装于外壳内的光源、准直透镜和汇聚透镜，所述外壳内位于所述准直透镜和所述汇聚透镜之间设置有与外界连通的吸收池，所述外壳的端部安装有光纤接口，所述光源发出的光依次经过准直透镜、吸收池和汇聚透镜到达所述光纤接口。

2.根据权利要求1所述的光谱水质探头，其特征在于，所述外壳内还设置有与所述吸收池并列的参考池，所述外壳内还安装有光路切换器，所述准直透镜的输出光束对应于所述吸收池和所述参考池形成两条检测光路，所述光路切换器用于阻挡其中任一条检测光路。

3.根据权利要求2所述的光谱水质探头，其特征在于，所述光路切换器包括光学挡板和第一驱动电机，所述第一驱动电机固定于所述外壳的内壁，所述第一驱动电机的驱动端与所述光学挡板连接。

4.根据权利要求2所述的光谱水质探头，其特征在于，所述参考池和所述吸收池沿所述检测光路方向的长度相等。

5.根据权利要求2-4任一项所述的光谱水质探头，其特征在于，还包括光程调节器，所述光程调节器安装于所述吸收池内，用于调节所述吸收池沿所述检测光路方向的长度。

6.根据权利要求5所述的光谱水质探头，其特征在于，所述光程调节器包括推板和第二驱动电机，所述第二驱动电机固定于所述吸收池的内壁，所述推板和所述吸收池的内壁为滑动密封连接，所述第二驱动电机的驱动端与所述推板连接。

7.根据权利要求1-4任一项所述的光谱水质探头，其特征在于，所述外壳上设有进水口，所述吸收池通过所述进水口与所述外壳的外部连通。

8.根据权利要求1-4任一项所述的光谱水质探头，其特征在于，所述光源为卤素灯或氙灯。

9.根据权利要求1-4任一项所述的光谱水质探头，其特征在于，所述光纤接口为SMA接口或FC光纤跳线。

10.一种光谱水质检测装置，其特征在于，包括光纤光谱仪和如权利要求1-9任一项所述的光谱水质探头，所述光纤接口通过光纤与所述光纤光谱仪相连。

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