CN218938125U - 水污染检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水污染检测装置，包括合围形成有暗室的外壳、设于暗室内的光源、以及设于暗室内且沿光源发射的入射光的光路依次布置的准直透镜、入射狭缝、盛有水体样品的容器、出射狭缝、色散元件和相机；其中，光源发射入射光，入射光射入准直透镜，准直透镜将入射光准直成平行光，平行光经过入射狭缝并射入至水体样品，水体样品接收平行光并将平行光透射，形成带有水体样品信息的特征光线，特征光线经过出射狭缝射入至色散元件，色散元件将特征光线色散形成独立的光谱或光谱带，并将光谱或光谱带投影至相机。本实用新型可以随身携带，采样完水体样品后可以马上进行检测，无需将水体样品送至较远距离的实验室中，具有较高地时效性。

Description

水污染检测装置

技术领域

本实用新型涉及水污染检测技术领域，更具体地说，涉及一种水污染检测装置。

背景技术

分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。它具有灵敏度高、操作简便、快速等优点。分光光度法常用于水体样品的污染检测，相关技术中利用分光光度法对水体样品进行检测的设备体积一般都比较大，该设备一般放置于实验室，实验室往往距离采集水体样品的地点较远，导致将水体样品送往实验室的通勤时间较长而且检测时间也比较长，这使得水质检测的时效性较低，不适于现场快速分析。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种水污染检测装置，以解决现有技术中存在的检测设备体积较大不便于携带而导致时效性较低的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

提供一种水污染检测装置，用于检测水体样品的污染度，包括：合围形成有暗室的外壳、设于所述暗室内的光源、以及设于所述暗室内且沿所述光源发射的入射光的光路依次布置的准直透镜、入射狭缝、容器、出射狭缝、色散元件和相机；

其中，所述光源发射入射光，所述入射光射入所述准直透镜，所述准直透镜将所述入射光准直成平行光，所述平行光经过所述入射狭缝并射入至所述容器盛有的所述水体样品，所述水体样品接收所述平行光并将所述平行光透射，形成带有所述水体样品信息的特征光线，所述特征光线经过所述出射狭缝射入至所述色散元件，所述色散元件将所述特征光线色散形成独立的光谱或光谱带，并将所述光谱或所述光谱带投影至所述相机。

通过采用上述技术方案，本实用新型提供的水污染检测装置可以通过相机拍摄光谱带并结合其他现有技术中的软件进行分析即可实现对水体样品的污染度检测，操作快捷。同时由于光源、准直透镜、入射狭缝、容器、出射狭缝和色散元件的规格尺寸都不大，上述元器件都可以整合至较小体积的外壳内，可以实现随身携带。而且相机一般尺寸也不大，相机优选为智能手机上的相机，其体积也较小，可以随身携带，进而提升了本实用新型提供的水污染检测装置的便携性。本实用新型提供的水污染检测装置可以随身携带，当使用者在采样地点采样完水体样品后可以马上进行检测，无需将水体样品送至较远距离的实验室中，具有较高地时效性。

在一个实施例中，所述外壳包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体上开设有收容所述光源和所述准直透镜的光源腔，所述第二壳体上开设有收容所述入射狭缝、所述出射狭缝、所述容器以及所述色散元件的检测腔，所述第一壳体可拆卸连接于所述第二壳体，以使所述光源腔与所述检测腔连通形成所述暗室。

通过采用上述技术方案，第一壳体上开设有收容光源和准直透镜的光源腔，使得第一壳体、光源和准直透镜形成一体式的结构，第一壳体可拆卸连接于第二壳体，第一壳体内的光源可以随时拆卸下来进行更换，以方便更换不同种类的光源进行检测。准直透镜也设于第一壳体上，其与光源之间的相对位置关系已预先设定好，不用在检测时对准直透镜进行调节，进而可以提升检测过程的效率。

在一个实施例中，所述外壳还包括上盖和紧固件，所述第二壳体上设有与所述上盖对应的置物口，所述紧固件于所述置物口上紧固连接所述上盖与所述第二壳体。

通过采用上述技术方案，使用者通过置物口可以更换容器，以实现对容器内盛放的水体样品的更换。

在一个实施例中，所述第二壳体上还开设有与所述检测腔连通的透光孔，所述透光孔用于放置所述相机。

通过采用上述技术方案，透光孔的尺寸与相机的镜头尺寸像配合，以实现将相机置于至透光孔内，方便相机的固定，保证拍摄过程的稳定。

在一个实施例中，所述光源为石英卤钨灯。

通过采用上述技术方案，石英卤钨灯为可发射具有连续光谱的光源，其色散后的光谱为连续光谱带，具有较大的光谱范围，提升检测中吸收光谱的范围，以方便水体样品对不同波长的光进行吸收，进而提升检测的精度。

在一个实施例中，所述入射狭缝和出射狭缝的宽度范围为0.5毫米至1.5毫米。

通过采用上述技术方案，1毫米的入射狭缝和出射狭缝可以保证平行光具有良好地单色性的同时具有较大的光强。

在一个实施例中，所述容器为玻璃材料的比色皿或石英材料的比色皿。

通过采用上述技术方案，玻璃材料的比色皿或石英材料的比色皿都具有良好的透光性，平行光可以正常照射至比色皿内盛放的水体样品上并被其透射出去。

在一个实施例中，所述色散元件为棱镜或光栅。

通过采用上述技术方案，棱镜或光栅都可以实现较好地色散效果。

在一个实施例中，所述色散元件为光栅，所述光栅的线密度范围为800lines/mm至1200lines/mm。

通过采用上述技术方案，该线密度范围内的光栅具有良好地色散效果。在一个实施例中，所述相机为智能手机上的CCD相机。

通过采用上述技术方案，智能手机便于携带，可以提升本实用新型的便携性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本实用新型实施例提供的水污染检测装置的俯视图；

图2是图1中A-A处的剖视图；

图3是本实用新型实施例提供的第二壳体的立体结构图。

图中各附图标记为：

100、水污染检测装置；200、水体样品；

1、外壳；2、暗室；3、光源；4、准直透镜；5、入射狭缝；6、容器；7、出射狭缝；8、色散元件；9、相机；

11、第一壳体；12、第二壳体；13、上盖；14、紧固件；

111、光源腔；121、检测腔；122、置物口；123、透光孔。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接位于另一个元件上或者间接位于另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接或间接连接至另一个元件。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性或指示技术特征的数量。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现进行更加详细的描述：

如图1、图2所示，本实用新型实施例提供一种水污染检测装置100，用于检测水体样品200的污染度，包括合围形成有暗室2的外壳1、设于暗室2内的光源3、以及设于暗室2内且沿光源3发射的入射光的光路依次布置的准直透镜4、入射狭缝5、容器6、出射狭缝7、色散元件8和相机9；其中，光源3发射入射光，入射光射入准直透镜4，准直透镜4将入射光准直成平行光，平行光经过入射狭缝5射入至容器6盛有的水体样品200，水体样品200接收平行光并将平行光透射，形成带有水体样品200信息的特征光线，特征光线经过出射狭缝7射入至色散元件8，色散元件8将特征光线色散形成独立的光谱或光谱带，并将光谱或光谱带投影至相机9。

可以理解地，光源3、准直透镜4、入射狭缝5、容器6、出射狭缝7、色散元件8和相机9设于暗室2内，以避免其他杂光进入至暗室2内干扰检测过程、影响最终的检测结果。

不难理解地，相机9可以固定设于外壳1内；同样也可以设置在外壳1外，在使用时再将相机9置入外壳1内，使得相机9的保护壳可以与外壳1合围形成暗室2。

优选地，光源3需要能够在所需波长范围的光谱区域内发射连续光谱且有足够的辐射强度并能长时间稳定。具体地，光源3可以为热辐射灯(包括钨灯、卤钨灯等)、气体放电灯(包括氢灯、氘灯及氙灯等)、金属弧灯(包括汞灯等)；其中钨灯的波长范围为320～2500nm，卤钨灯的波长范围为320～2500nm，氢灯的波长范围为185～375nm，氘灯的波长范围为185～375nm，汞灯的波长范围为254～734nm，具体可根据光源3实际波长范围的需要进行选用。

可以理解地，在盛有水体样品200的容器6两侧设置入射狭缝5和出射狭缝7，使得入射狭缝5、出射狭缝7和外壳1将容器6包围在一个小空间内，入射光只能通过入射狭缝5射入至该空间内，并从出射狭缝7射出，以限制其他杂散光(除所需波长的光以外其余所有的光都是杂散光，是测量过程中的主要误差来源，会严重影响检测准确度)进入至该空间中干扰检测过程、影响检测结果。

可以理解地，容器6应当为透明的容器，以方便平行光射入和射出。

可以理解地，色散元件8用于将复合光(即上述特征光线)分解为单色光，以形成独立的光谱或光谱带。

根据朗伯-比尔定律可知：

上式中：I₀：入射光强度；c：溶液浓度；b：液层厚度；I：透射光强度；T：透光度；A：吸光度；k：吸光系数。

由于吸光系数k为常数，进而可以推导出，在液层厚度b一定的前提下，吸光度A与溶液浓度c成正线性相关关系。不难理解地，溶液浓度c的值越大即可推断出溶液内的可溶物越多。当该溶液为水体样品时，水体样品中的可溶物越多，表示其污染程度越高。由于吸光度A与溶液浓度c成正线性相关关系。我们可以用吸光度A的值的大小来推断溶液浓度c的浓度的大小，进而判断水体样品的受污染程度。

本实施例的实施原理如下：以光源3为卤钨灯为例，卤钨灯为可发射具有连续光谱的光源。我们将光源3发射的入射光通过盛有水体样品200的容器6，水体样品200中的物质会对入射光中特定波长段的光进行吸收形成带有水体样品200信息的特征光线，特征光线经过色散元件8色散后，按波长大小依次排列形成连续的光谱带，该光谱带即水体样品200的吸收光谱。该吸收光谱可以被相机9拍摄下来形成照片，此时截取照片上的可见区域。

众所周知，光的三基色(RGB)为红(red)、绿(green)和蓝(blue)，照片上的可见区域所呈现的颜色正是由于水体样品200对不同波长的光选择吸收而产生的，当水体样品200吸收某一波长的光波后会呈现其互补颜色反映至光谱带上。因此照片上颜色的变化正是由于物质吸收特定波长的光所导致的。作为本领域技术人员知晓的现有技术，我们可以利用Matlab软件计算出光谱带中每个波长下的RGB平均值。并筛选RGB值变化最大的波长，该波长下的RGB值与水体样品200的浓度成线性相关关系，我们可通过水体样品200的浓度来判断水体的受污染程度。

对于实验室用的分光光度计而言，为了提高检测的精度和提升检测结果的直观性，一般都配备有带有数据处理功能的显示仪表和X-Y记录仪，进而可以实现通过显示仪表快速显示检测结果和用X-Y记录仪直接绘出吸收曲线，而且一般需要连接PC电脑才能进行分析。显示仪表和X-Y记录仪一般都和其他光学元器件整合形成一体式的设备，导致分光光度计体积较大，不便于携带。以目前市场上常用的一款分光光度计为例，其尺寸为64cm×52cm×26cm，很难实现随身携带。而本实施例提供的水污染检测装置100是采用相机捕捉光谱，通过人工操作实现数据的分析，虽然没有附带显示仪表和X-Y记录仪导致其检测分析过程相对于现有的实验室用的分光光度计较繁琐，但其体积较小，尺寸可以达到22.1cm×5cm×4.5cm，很方便携带，在现场即可进行检测。

通过采用上述技术方案，本实施例提供的水污染检测装置100可以通过相机9拍摄光谱带并结合其他现有技术中的软件进行分析即可实现对水体样品200的污染度检测，操作快捷。同时由于光源3、准直透镜4、入射狭缝5、容器6、出射狭缝7和色散元件8的规格尺寸都不大，上述元器件都可以整合至较小体积的外壳1内，可以实现随身携带。而且相机9一般尺寸也不大，相机9优选为智能手机上的相机，其体积也较小，可以随身携带，进而提升了本实施例提供的水污染检测装置100的便携性。本实施例提供的水污染检测装置100可以随身携带，当使用者在采样地点采样完水体样品200后可以马上进行检测，无需将水体样品200送至较远距离的实验室中，具有较高地时效性。

请一并参阅图1、图2和图3，作为本实施例的其中一种可选实施方式，外壳1包括第一壳体11和第二壳体12，第一壳体11上开设有收容光源3和准直透镜4的光源腔111，第二壳体12上开设有收容入射狭缝5、容器6、出射狭缝7、以及色散元件8的检测腔121，第一壳体11可拆卸连接于第二壳体12，以使光源腔111与检测腔121连通形成暗室2。

通过采用上述技术方案，第一壳体11上开设有收容光源3和准直透镜4的光源腔111，使得第一壳体11、光源3和准直透镜4形成一体式的结构，第一壳体11可拆卸连接于第二壳体12，第一壳体11内的光源3可以随时拆卸下来进行更换，以方便更换不同种类的光源3进行检测。准直透镜4也设于第一壳体11上，其与光源3之间的相对位置关系已预先设定好，不用在检测时对准直透镜4进行调节，进而可以提升检测过程的效率。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，外壳1还包括上盖13和紧固件14，第二壳体12上设有与上盖13对应的置物口122，紧固件14于置物口122上紧固连接上盖13与第二壳体12。

通过采用上述技术方案，使用者通过置物口122可以更换容器6，以实现对容器6内盛放的水体样品200的更换。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，第二壳体12上还开设有与检测腔121连通的透光孔123，透光孔123用于放置相机9。

通过采用上述技术方案，透光孔123的尺寸与相机9的镜头尺寸像配合，以实现将相机9置于至透光孔123内，方便相机的固定，保证拍摄过程的稳定。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，光源3为石英卤钨灯。

通过采用上述技术方案，石英卤钨灯为可发射具有连续光谱的光源，其色散后的光谱为连续光谱带，具有较大的光谱范围，提升检测中吸收光谱的范围，以方便水体样品200对不同波长的光进行吸收，进而提升检测的精度。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，入射狭缝5和出射狭缝7的宽度范围为0.5毫米至1.5毫米。具体地，入射狭缝5和出射狭缝7的宽度优选为1毫米。当入射狭缝5和出射狭缝7的宽度过大时，从出射狭缝7中射出的平行光的单色性差，当入射狭缝5和出射狭缝7的宽度过小时，从出射狭缝7中射出的平行光的光强较小。为保证检测过程的顺利进行，入射狭缝5和出射狭缝7的宽度优选为1毫米。

通过采用上述技术方案，1毫米的入射狭缝5和出射狭缝7可以保证平行光具有良好地单色性的同时具有较大的光强。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，容器6为玻璃材料的比色皿或石英材料的比色皿。

通过采用上述技术方案，玻璃材料的比色皿或石英材料的比色皿都具有良好的透光性，平行光可以正常照射至比色皿内盛放的水体样品上并被透射出去。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，色散元件8为棱镜或光栅。

通过采用上述技术方案，棱镜或光栅都可以实现较好地色散效果。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，色散元件8为光栅，光栅的线密度范围为800lines/mm至1200lines/mm。具体地，光栅的线密度优选为1000lines/mm。

通过采用上述技术方案，该线密度范围内的光栅具有良好地色散效果。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，相机9为智能手机上的CCD相机。CCD是电荷耦合器件(charge coupled device)的简称，它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的CCD相机元件，以其构成的CCD相机具有体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗震动和撞击之特性而被广泛应用。

通过采用上述技术方案，智能手机便于携带，可以提升本实用新型的便携性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水污染检测装置，用于检测水体样品的污染度，其特征在于，包括：合围形成有暗室的外壳、设于所述暗室内的光源、以及设于所述暗室内且沿所述光源发射的入射光的光路依次布置的准直透镜、入射狭缝、容器、出射狭缝、色散元件和相机；

其中，所述光源发射入射光，所述入射光射入所述准直透镜，所述准直透镜将所述入射光准直成平行光，所述平行光经过所述入射狭缝并射入至所述容器盛有的所述水体样品，所述水体样品接收所述平行光并将所述平行光透射，形成带有所述水体样品信息的特征光线，所述特征光线经过所述出射狭缝射入至所述色散元件，所述色散元件将所述特征光线色散形成独立的光谱或光谱带，并将所述光谱或所述光谱带投影至所述相机。

2.如权利要求1所述的水污染检测装置，其特征在于，所述外壳包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体上开设有收容所述光源和所述准直透镜的光源腔，所述第二壳体上开设有收容所述入射狭缝、所述容器、所述出射狭缝以及所述色散元件的检测腔，所述第一壳体可拆卸连接于所述第二壳体，以使所述光源腔与所述检测腔连通形成所述暗室。

3.如权利要求2所述的水污染检测装置，其特征在于，所述外壳还包括上盖和紧固件，所述第二壳体上设有与所述上盖对应的置物口，所述紧固件于所述置物口上紧固连接所述上盖与所述第二壳体。

4.如权利要求2所述的水污染检测装置，其特征在于，所述第二壳体上还开设有与所述检测腔连通的透光孔，所述透光孔用于放置所述相机。

5.如权利要求1所述的水污染检测装置，其特征在于，所述光源为石英卤钨灯或汞灯。

6.如权利要求1所述的水污染检测装置，其特征在于，所述入射狭缝和出射狭缝的宽度范围为0.5毫米至1.5毫米。

7.如权利要求1所述的水污染检测装置，其特征在于，所述容器为玻璃材料的比色皿或石英材料的比色皿。

8.如权利要求1所述的水污染检测装置，其特征在于，所述色散元件为棱镜或光栅。

9.如权利要求1所述的水污染检测装置，其特征在于，所述色散元件为光栅，所述光栅的线密度范围为800lines/mm至1200lines/mm。

10.如权利要求1-9任一项所述的水污染检测装置，其特征在于，所述相机为智能手机上的CCD相机。

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