CN214472734U - 一种总氮信号检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种总氮信号检测装置，包括光源、分光器Ⅰ、分光器Ⅱ、分光器Ⅲ、石英流通比色皿、石英实心玻璃柱、滤光片Ⅰ、滤光片Ⅱ、滤光片Ⅲ、滤光片Ⅳ、光电传感器Ⅰ、光电传感器Ⅱ、光电传感器Ⅲ、光电传感器Ⅳ、信号处理器，光束由光源激发，经分光器Ⅰ分为两路，形成检测光路和参比光路。本实用新型实现了220nm、275nm波长的检测光路与参比光路的同时检测，并实现实时计算吸光度，消除了检测信号与参比信号分开采集时，光源能量波动以及温度、电磁信号、杂散光等外界因素对最终计算吸光度造成的干扰；以低成本的滤光片和光电传感器替换了常用技术方案中昂贵的光谱仪，降低了检测系统的成本。

Description

一种总氮信号检测装置

技术领域

本实用新型涉及水质自动监测领域，特别涉及一种总氮信号检测装置。

背景技术

水质自动监测仪器可对水体中污染物浓度进行自动监测，可应用于河流、湖泊、海洋、地下水等天然水体，以及排污单位排水、工业过程用水、生活用水、饮用水等。总氮是衡量水质的重要指标之一，也是重点监测指标之一。

中国发明专利说明书公告号CN 101477040 B公开了一种溶液中总氮含量的在线消解和检测装置，它包括光源、消解装置、冷凝回流器、采样检测机构以及导光棒，所述消解装置的顶端与冷凝回流器相连，消解装置的外表面上装设有加热装置，导光棒插设于消解装置和冷凝回流器内，导光棒的上端与采样检测机构的检测盘相对应，导光棒的下端与光源相对应。所述检测盘上开设有先导孔、检测孔和参比孔，检测孔处放置220nm的滤光片，参比孔处放置275nm的滤光片。

目前的总氮信号检测技术主要存在以下问题：总氮的测量需要同时检测220nm和275nm波长处的吸光度，而目前的总氮信号检测只可实时检测220nm和275nm处的吸收电压信号，参比电压信号需在另一时间段以纯水为参比检测，由于两次信号采集存在时间差，所以光源能量波动以及温度、电磁信号、杂散光等外界因素会对最终计算吸光度造成干扰，影响总氮测量的重复性和准确度。

实用新型内容

为了解决上述现有技术方案中的不足，本实用新型提供了一种可靠稳定、可实时计算吸光度的总氮信号检测系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种总氮信号检测装置，包括光源、分光器Ⅰ、分光器Ⅱ、分光器Ⅲ、石英流通比色皿、石英实心玻璃柱、滤光片Ⅰ、滤光片Ⅱ、滤光片Ⅲ、滤光片Ⅳ、光电传感器Ⅰ、光电传感器Ⅱ、光电传感器Ⅲ、光电传感器Ⅳ、信号处理器，光束由光源激发，经分光器Ⅰ分为两路，形成检测光路和参比光路；

所述检测光路，透过石英流通比色皿后，再经分光器Ⅱ分为两路，一路通过滤光片Ⅰ后，由光电传感器Ⅰ将光信号转化为电信号；另一路通过滤光片Ⅱ后，由光电传感器Ⅱ将光信号转化为电信号；

所述参比光路，透过石英实心玻璃柱后，再经分光器Ⅲ分为两路，一路通过滤光片Ⅲ后，由光电传感器Ⅲ将光信号转化为电信号；另一路通过滤光片Ⅳ后，由光电传感器Ⅳ将光信号转化为电信号。

所述光电传感器Ⅰ、光电传感器Ⅱ、光电传感器Ⅲ、光电传感器Ⅳ均通过信号线缆与信号处理器连接，或与信号处理器集成在同一集成电路中；由信号处理器对电信号进行处理，并运算检测结果。

所述信号处理器通过对信号的积分次数调节信号电压范围，将参比电压信号除以检测电压信号，再取对数计算吸光度。

样品的吸光度为220nm波长处的吸光度与2倍的275nm波长处的吸光度之差。

所述分光器Ⅰ、分光器Ⅱ、分光器Ⅲ，是分光片、分光棱镜、分束石英光纤中的一种。

所述滤光片Ⅰ、滤光片Ⅱ均是中心波长为220nm的窄带滤光片，所述滤光片Ⅲ、滤光片Ⅳ均是中心波长为275nm的窄带滤光片。

所述光源，包含氙灯、氘灯等可激发紫外光的光源中的一种。

所有光学元器件均通过黑色、无反光的塑料或金属材料进行封装，以消除杂散光干扰。

本实用新型的有益效果为：

(1)实现了220nm、275nm波长的检测光路与参比光路的同时检测，并实现实时计算吸光度，消除了检测信号与参比信号分开采集时，光源能量波动以及温度、电磁信号、杂散光等外界因素对最终计算吸光度造成的干扰。

(2)以石英实心玻璃柱替代常规装有纯水的石英比色皿作为参比光路光吸收主体，实现了参比光路上所有器件的无动作，即无需通入、排空纯水，降低了流路系统的复杂性，消除了器件动作对参比信号的干扰。

(3)以低成本的滤光片和光电传感器替换了常用技术方案中昂贵的光谱仪，降低了检测系统的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍。下面描述的附图仅仅是为了更好地理解本实用新型，而不应该理解为对本实用新型的限制。

图1是本实施例1中的装置组成示意图；

图2是本实施例2中的装置组成示意图；

图中：1、光源；2、分光器Ⅰ；3、石英流通比色皿；4、石英实心玻璃柱；5、分光器Ⅱ；6：滤光片Ⅰ；7、滤光片Ⅱ；8、光电传感器Ⅰ；9、光电传感器Ⅱ；10、信号处理器；11、分光器Ⅲ；12、滤光片Ⅲ；13、滤光片Ⅳ；14、光电传感器Ⅲ；15、光电传感器Ⅳ；16、封装结构Ⅰ；17、封装结构Ⅱ；18、信号线缆Ⅰ；19、信号线缆Ⅱ；20、信号线缆Ⅲ；21、信号线缆Ⅳ。

具体实施方式

以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本实用新型的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种总氮信号检测装置，包括：光源1、分光器Ⅰ2、分光器Ⅱ5、分光器Ⅲ11、石英流通比色皿3、石英实心玻璃柱4、滤光片Ⅰ6、滤光片Ⅱ7、滤光片Ⅲ12、滤光片Ⅳ13、光电传感器Ⅰ8、光电传感器Ⅱ9、光电传感器Ⅲ14、光电传感器Ⅳ15、信号处理器10；

光束由光源1激发，经分光器Ⅰ2分为两路，形成检测光路和参比光路。

所述检测光路，透过石英流通比色皿3后，再经分光器Ⅱ5分为两路，一路通过滤光片Ⅰ6后，到达光电传感器Ⅰ8，由光电传感器Ⅰ8将光信号转化为电信号；另一路通过滤光片Ⅱ7后，到达光电传感器Ⅱ9，由光电传感器Ⅱ9将光信号转化为电信号。

所述参比光路，透过石英实心玻璃柱4后，再经分光器Ⅲ11分为两路，一路通过滤光片Ⅲ12后，到达光电传感器Ⅲ14，由光电传感器Ⅲ14将光信号转化为电信号；另一路通过滤光片Ⅳ13后，到达光电传感器Ⅳ15，由光电传感器Ⅳ15将光信号转化为电信号。

所述光电传感器Ⅰ8、光电传感器Ⅱ9、光电传感器Ⅲ14、光电传感器Ⅲ15分别通过信号线缆Ⅰ18、信号线缆Ⅱ19、信号线缆Ⅲ20、信号线缆Ⅳ21与信号处理器10连接，由信号处理器10对电信号进行处理，并运算检测结果。

所述滤光片Ⅰ、滤光片Ⅱ均是中心波长为220nm的窄带滤光片，所述滤光片Ⅲ、滤光片Ⅳ均是中心波长为275nm的窄带滤光片。

所述信号处理器10通过对信号的积分次数调节信号电压范围，将同一波长下的参比电压信号除以检测电压信号，再取对数计算吸光度。

样品的吸光度为220nm波长处的吸光度与2倍的275nm波长处的吸光度之差。

所述光源1，包含氙灯、氘灯等可激发紫外光的光源中的一种。

所述分光器Ⅰ2、分光器Ⅱ5、分光器Ⅲ11，采用分光片，与光路呈45°角安装，使光路分为两路，一路透过分光片，一路以90°角反射。

所有光学元器件均通过黑色、无反光的塑料或金属材料进行封装，以消除杂散光干扰。石英流通比色皿3、分光器Ⅱ5、滤光片Ⅰ6、滤光片Ⅱ7、光电传感器Ⅰ8、光电传感器Ⅱ9封装为封装结构Ⅰ16；石英实心玻璃柱4、分光器Ⅲ11、滤光片Ⅲ12、滤光片Ⅳ13、光电传感器Ⅲ14、光电传感器Ⅳ15封装为封装结构Ⅱ17；上述封装结构Ⅰ16、封装结构Ⅱ17、光源1、分光器Ⅰ2封装为一个封装结构。

实施例2

如图2所示，本实施例提供一种总氮信号检测装置，包括：光源1、分光器Ⅰ2、分光器Ⅱ5、分光器Ⅲ11、石英流通比色皿3、石英实心玻璃柱4、滤光片Ⅰ6、滤光片Ⅱ7、滤光片Ⅲ12、滤光片Ⅳ13、光电传感器Ⅰ8、光电传感器Ⅱ9、光电传感器Ⅲ14、光电传感器Ⅳ15、信号处理器10；

光束由光源1激发，经分光器Ⅰ2分为两路，形成检测光路和参比光路。

所述检测光路，透过石英流通比色皿3后，再经分光器Ⅱ5分为两路，一路通过滤光片Ⅰ6后，到达光电传感器Ⅰ8，由光电传感器Ⅰ8将光信号转化为电信号；另一路通过滤光片Ⅱ7后，到达光电传感器Ⅱ9，由光电传感器Ⅱ9将光信号转化为电信号。

所述参比光路，透过石英实心玻璃柱4后，再经分光器Ⅲ11分为两路，一路通过滤光片Ⅲ12后，到达光电传感器Ⅲ14，由光电传感器Ⅲ14将光信号转化为电信号；另一路通过滤光片Ⅳ13后，到达光电传感器Ⅳ15，由光电传感器Ⅳ15将光信号转化为电信号。

所述滤光片Ⅰ6、滤光片Ⅱ7、滤光片Ⅲ12、滤光片Ⅳ13，以及电传感器Ⅰ8、光电传感器Ⅱ9、光电传感器Ⅲ14、光电传感器Ⅲ15，与信号处理器10集成在同一集成电路板22中，由信号处理器10对电信号进行处理，并运算检测结果。

所述滤光片Ⅰ、滤光片Ⅱ均是中心波长为220nm的窄带滤光片，所述滤光片Ⅲ、滤光片Ⅳ均是中心波长为275nm的窄带滤光片。

所述信号处理器10通过对信号的积分次数调节信号电压范围，将同一波长下的参比电压信号除以检测电压信号，再取对数计算吸光度。

样品的吸光度为220nm波长处的吸光度与2倍的275nm波长处的吸光度之差。

所述光源1，包含氙灯、氘灯等可激发紫外光的光源中的一种。

所述分光器Ⅰ2，采用分光片，与光路呈45°角安装，使光路分为两路，一路透过分光片，一路以90°角反射；分光器Ⅱ5、分光器Ⅲ11采用分束石英光纤。

所有光学元器件均通过黑色、无反光的塑料或金属材料进行封装，以消除杂散光干扰。光源1、分光器Ⅰ2、石英流通比色皿3、石英实心玻璃柱4封装在封装结构Ⅲ23中。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施。

Claims (5)

1.一种总氮信号检测装置，其特征在于，包括光源(1)、分光器Ⅰ(2)、分光器Ⅱ(5)、分光器Ⅲ(11)、石英流通比色皿(3)、石英实心玻璃柱(4)、滤光片Ⅰ(6)、滤光片Ⅱ(7)、滤光片Ⅲ(12)、滤光片Ⅳ(13)、光电传感器Ⅰ(8)、光电传感器Ⅱ(9)、光电传感器Ⅲ(14)、光电传感器Ⅳ(15)、信号处理器(10)，光束由光源(1)激发，经分光器Ⅰ(2)分为两路，形成检测光路和参比光路；

所述检测光路，透过石英流通比色皿(3)后，再经分光器Ⅱ(5)分为两路，一路通过滤光片Ⅰ(6)后，由光电传感器Ⅰ(8)将光信号转化为电信号；另一路通过滤光片Ⅱ(7)后，由光电传感器Ⅱ(9)将光信号转化为电信号；

所述参比光路，透过石英实心玻璃柱(4)后，再经分光器Ⅲ(11)分为两路，一路通过滤光片Ⅲ(12)后，由光电传感器Ⅲ(14)将光信号转化为电信号；另一路通过滤光片Ⅳ(13)后，由光电传感器Ⅳ(15)将光信号转化为电信号。

2.根据权利要求1所述的一种总氮信号检测装置，其特征在于：所述光电传感器Ⅰ(8)、光电传感器Ⅱ(9)、光电传感器Ⅲ(14)、光电传感器Ⅳ(15)均通过信号线缆与信号处理器(10)连接，或与信号处理器集成在同一集成电路中；由信号处理器对电信号进行处理，并运算检测结果。

3.根据权利要求1所述的一种总氮信号检测装置，其特征在于：所述信号处理器(10)通过对信号的积分次数调节信号电压范围，将参比电压信号除以检测电压信号，再取对数计算吸光度。

4.根据权利要求1所述的一种总氮信号检测装置，其特征在于：所述分光器Ⅰ(2)、分光器Ⅱ(5)、分光器Ⅲ(11)，是分光片、分光棱镜、分束石英光纤中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种总氮信号检测装置，其特征在于：所述滤光片Ⅰ(6)、滤光片Ⅱ(7)均是中心波长为220nm的窄带滤光片，所述滤光片Ⅲ(12)、滤光片Ⅳ(13)均是中心波长为275nm的窄带滤光片。

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