CN213364559U

CN213364559U - 一种基于紫外—可见光谱水质在线cod检测的仪器

Info

Publication number: CN213364559U
Application number: CN202021555073.4U
Authority: CN
Inventors: 刘钟文
Original assignee: Chongqing Zhongkai Testing Co ltd
Current assignee: Chongqing Zhongkai Testing Co ltd
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2030-07-31

Abstract

本实用新型提供了一种基于紫外—可见光谱水质在线COD检测的仪器。包括用于管道连接的壳体，光源发生器，CCD传感器，频谱分析仪，在光源发生器内包括光源发生器的外壳，石英玻璃，光源。光源在控制作用下发出特定频段紫外—可见光谱脉冲信号，脉冲光谱信号在穿过水质后，部分频段被水质中的有机物吸收，其余光信号被CCD传感器转化为电信号。频谱分析仪通过分析CCD传感器的信号，计算出COD值，从而判断出水质的COD是否正常。本实用新型提供基于紫外—可见光谱水质在线COD检测的仪器具有准确度高，实时性好，对水质无二次污染，能适用各种复杂水质的优点。

Description

一种基于紫外—可见光谱水质在线COD检测的仪器

技术领域

本实用新型涉及检测仪器，更具体的说，涉及一种基于紫外—可见光谱水质在线COD 检测的仪器。

背景技术

在进行水质检测和分类时，往往需要综合几项参数来进行。其中，COD(化学需氧量) 是在水质检测中非常重要的一项参数，水质检测指标中，COD往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。COD越大，说明水体受有机物的污染越严重。它反映了水中还原性物质的量，在近年来的水质检测中，其也成为必须要检测的一项参数。

目前，我国虽然已有多种COD自动在线检测仪器，但其测量方法大都是基于化学法或者电化学法，存在着测量周期长，试剂需求量大，二次污染，易发生故障等缺点。即便已有的光谱法水质COD检测仪器，大多也是基于单波长或者双波长分析为主，在对野外复杂水体环境进行测量时，这类仪器有着很大局限性，诸如由于水体性质的波动，将会造成测量结果的很大波动，因此，结合国内外技术发展趋势及市场的需求，研制绿色、无污染且具有自主知识产权的紫外—可见光谱水质COD检测仪器已是刻不容缓。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述技术问题，提供一种紫外—可见光谱水质在线COD检测的仪器，该检测仪器有效地解决了当前水质在线COD检测手段的局限性问题。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种基于紫外—可见光谱水质在线COD检测的仪器，包括用于管道连接的壳体，壳体上安装有光源发生器和CCD传感器，光源发生器与CCD传感器相对安装，轴线重合；还包括一个频谱分析仪，该频谱分析仪与所述光源发生器和CCD传感器相连；所述壳体两侧设有对称的光源发生器安装位和CCD传感器安装位，光源发生器安装位和CCD传感器安装位的轴线重合；光源发生器安装位和CCD传感器安装位朝所述壳体外侧的一端分别设有第一内螺纹和第二内螺纹以安装光源发生器和CCD传感器，光源发生器安装位和 CCD传感器安装位朝壳体内部的一端分别设有第一O型圈密封槽和第二O型圈密封槽以对应密封连接。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型采用紫外—可见光谱COD检测方法，具有较高的重复性和精度，较宽的测量范围，较低的交叉敏感性，长期稳定性好，同时不会对水质的二次污染，复合绿色、环保的设计理念，并能适应各种复杂水质环境检测，其连续、在线、实时测量的性能，符合当前分析仪器的发展方向，使得其具有广泛的应用前景。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型其中一种实施例的结构示意图；

图2为本实用新型其中一种实施例的管道连接的壳体结构示意图；

图3为本实用新型其中一种实施例的的光源发生器结构示意图；

图4为本实用新型其中一种实施例的光源发生器的外壳图；

图5为本实用新型其中一种实施例中采用的氙灯结构示意图；

图6为本实用新型其中一种实施例中采用的朗博—比尔定律测量原理图；

元件标号说明：壳体1、水2、光源发生器3、光谱分析仪4、第一O型密封圈5、CCD 传感器6、第二O型密封圈7、光源发生器安装位11、CCD传感器安装位12、第一内螺纹111、第一O型圈密封槽112、第二内螺纹121、第二O型圈密封槽122、光源发生器的外壳31、光源32、灌封33、石英玻璃34、外螺纹311、台阶312、透光孔313、阴极321、灯球322、氙气323、电弧324、阳极325、入射光强度I₀、出射光强度I、液层厚度L。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种基于紫外—可见光谱水质在线COD检测的仪器，包括用于管道连接的壳体1，所述壳体1上安装有紫外光源发生器3和CCD传感器6，光源发生器3与CCD 传感器6相对安装，轴线重合，频谱分析仪4提供并控制光源发生器3的电源，当频谱分析仪4发出指令提供电源时，光源发生器3接通电源后发射出特定区间的全光谱紫外—可见光线，光线穿透壳体中流过的水2后，紫外—可见光线的部分频段的光谱被水2中的有机物质吸收，未被吸收的光信号被CCD传感器6检测到，CCD传感器6将检测到的光信号转化为电信号传输到频谱分析仪4，频谱分析仪4通过对检测到的信号进行分析对比，计算出COD值，根据COD值的大小判断水质COD是否正常。

本实施例做提出的检测仪器，其基础理论是朗博—比尔定律。朗博—比尔定律的测量原理是：当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比，如图6所示。

朗博—比尔定律的数学表达式为：

Figure 444821DEST_PATH_GDA0002930619210000031

式中，A为吸光度，I₀为入射光强度，I为出射光强度，T为透射比，k为光吸收的比例系数，l为液层长度(光程长度)，c为液体浓度。

吸光度A具有相加性，即，两种或者两种以上对光有吸收的混合物在某一波长处的总吸光度，等于其中各组份各自在该波长处各自吸光度的算术和：

Figure 361961DEST_PATH_GDA0002930619210000032

其中为A_u某一波长处的总吸光度，A_i为第i种物质在该波长处的吸收度，n为对该波长的光有吸收的物质的种类，k_i为第i种物质在该波长处的吸光系数，c_i为第i种物质在溶液中的浓度，l为光通过溶液时的光程。

所以，根据吸光度A的相加性以及不同物质有着不同的吸收光谱，可以对整个紫外—可见光谱段的吸收情况进行检测及分析，从而得到水中相关物质的浓度，达到水质检测的目的。

进一步实施时，壳体1的结构如图2所示，在壳体1两侧设有对称的光源发生器安装位11和CCD传感器安装位12，光源发生器安装位11和CCD传感器安装位12需轴线重合，能够让CCD传感器6能准确检测到光源发生器3发射的光线。光源发生器安装位 11和CCD传感器安装位12朝所述壳体1外侧的一端设有第一内螺纹111和第二内螺纹 121，光源发生器安装位11和CCD传感器安装位12朝壳体1内部的一端设有第一O型圈密封槽112和第二O型圈密封槽122，第一内螺纹111用于固定光源发生器3，第一O型圈密封槽112在装上O型圈5后与光源发生器的外壳31形成密封，第二内螺纹121用于固定CCD传感器6，第二O型圈密封槽122在装上O型圈7后与CCD传感器6之间形成密封，这样就可以防止水2出现渗漏。

优先地，光源发生器3的结构如图3所示，光源发生器的外壳31的内底部装有高透光度石英玻璃34，在石英玻璃34上端设有光源32，光源发生器的外壳31内部通过灌封 33将光源32和石英玻璃34固定。光源32发出的光线先穿透石英玻璃34，再经过水2，最后被CCD传感器6检测到，这样避免光源的灯球322直接接触水从而被液体所含杂质污染，能够提高光源32的使用寿命和检测的精度。

优先地，所用的光源32选用脉冲氙灯光源，结构原理如图5所示，其光的波长范围在200nm—800nm。脉冲型氙灯主要是直流供电产生触发电压，触发电压会击穿火花隙从而使灯球内部的氙气323被电离，出现电弧324，当火花隙的温度达到一定程度后，阴极 321就会发射大量电子，这时就在阴极321和阳极325之间产生弧光放电现象，即氙灯被点亮。在氙灯被点亮后，击穿触发就会暂时停止，直至下次产生，产生脉冲型光谱。氙灯的亮度高，耗电量小，使用寿命长(一般大于3000h)，体积小且使用时无需预热，因此非常适合作为光谱仪的光源。

作为具体实施例，在波长为200nm—800nm内，石英玻璃34的透光率大于95％。通常在水质COD检测中所用到的光谱波长在200nm—780nm的区间，在这区间内石英玻璃 34的透光率越高越有利于提高检测的准确度。

优先地，在光源发生器的外壳31的结构如图4所示，设有外螺纹311，内腔底部有台阶312，在台阶312中设有贯穿的透光孔313。外螺纹311与壳体1固定，内腔底部设置台阶312便于石英玻璃34的安装定位，底部贯穿的透光孔313能让光线单向指向CCD传感器6。

在制作时，所用频谱分析仪4的波长在200nm—800nm，波长准确度<2nm，波长重复性误差<0.1nm，全谱测量时间<1s。一般水质光谱分析区间位于200nm—780nm，从成本上没有必要选择远超其范围的频谱分析仪。从精度要求和在线的实时性上，所用的频谱分析仪4的参数能达到测量条件。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种基于紫外—可见光谱水质在线COD检测的仪器，包括用于管道连接的壳体，其特征在于：所述壳体上安装有光源发生器和CCD传感器，光源发生器与CCD传感器相对安装，轴线重合；还包括一个频谱分析仪，该频谱分析仪与所述光源发生器和CCD传感器相连；所述壳体两侧设有对称的光源发生器安装位和CCD传感器安装位，光源发生器安装位和CCD传感器安装位的轴线重合；光源发生器安装位和CCD传感器安装位朝所述壳体外侧的一端分别设有第一内螺纹和第二内螺纹以安装光源发生器和CCD传感器，光源发生器安装位和CCD传感器安装位朝壳体内部的一端分别设有第一O型圈密封槽和第二O型圈密封槽以对应密封安装。

2.根据权利要求1所述的基于紫外—可见光谱水质在线COD检测的仪器，其特征在于：光源发生器的外壳内底部装有高透光率的石英玻璃，在石英玻璃上端设有光源，光源发生器壳体内部通过灌封将光源和和石英玻璃固定。

3.根据权利要求2所述的基于紫外—可见光谱水质在线COD检测的仪器，其特征在于：所用的光源选用脉冲氙灯光源，其光的波长范围在200nm—800nm。

4.根据权利要求2所述的基于紫外—可见光谱水质在线COD检测的仪器，其特征在于：所用的石英玻璃，在波长为200nm—800nm内，其透光率大于95％。

5.根据权利要求2所述的基于紫外—可见光谱水质在线COD检测的仪器，其特征在于：在光源发生器的外壳设有外螺纹，内腔底部有台阶，在台阶中设有贯穿的透光孔。

6.根据权利要求1所述的基于紫外—可见光谱水质在线COD检测的仪器，其特征在于：所用频谱分析仪的波长在200nm—800nm，波长准确度<2nm，波长重复性误差<0.1nm，全谱测量时间<1s。