CN2597983Y - 在线cod水质测试仪 - Google Patents

Abstract

一种在线COD水质测试仪，涉及采用光谱法测试水中COD含量的相关技术；本技术包括机体、光学部分及电路部分；光学部分光源被分成三个方向，各方向分别经过透镜、电路部分由光电转换器、放大器对所提信号进行补偿放大，测定紫外吸收光度和可见光吸光度的差值，并将差值还原成为电信号后输出至显示输出；机械部分包括清洗部分A1，主体部分A2，可见光进光部分A3，可见光出光部分A4。紫外光进光部分A5及紫外光出部分A6，各透镜、光源光电转换器、放大器均设于各机械部分中。本技术采用光谱法原理，结构简单，使用方便，精确度高，不产生二次污染，反应时间短，可实现实时监测。

Description

在线COD水质测试仪

技术领域

本实用新型涉及水质测试领域，特别涉及采用光谱法测试水中COD含量的相关技术。

背景技术

目前在水质测试方面有关多种仪器，如温度计、电导测试仪、PH测试仪、OCR仪、溶氧仪等等，这些仪器相对来说功能较单一，自动化程度不高，使用时调节繁杂、误差大。在COD在线测试仪方面，现有技术多采用重铬酸钾方法，这种测试方法的仪器在运用时存在有必须定期添加药剂重铬酸钾，易对环境带来二次污染，反应时间长，不能做到实时监测，结构复杂，管道易堵塞，维护费用高，准确度低，无法进行地表水监测等方面的不足。

技术内容

本实用新型目的是针对以上现有技术的不足，设计一种采用光谱法的测试仪，使其不产生二次污染，反应时间短，可实现实时监测，测试精度高，使用方便的在线COD水质测试仪。

本实用新型目的通过以下技术方案实现。

一种在线COD水质测试仪，其特征在于：所述测试仪包括机体、光学部分及电路部分，其中：

光学部分

光源1设于光连接件A7中，光源被光连接件A7分成三个方向的光，分别为：U1、U2、U3；

U1光通过设于主体部分A2中的比色皿10及出光连接件A8中的半镜11，使其分成两束，一速为直射光U10，另一束为折射光U11。折射光U11经紫外光滤镜12使其成为紫外光，再经光电转换器13将紫外光转化为电信号放大后输送至UV放大器22。直射光U10经设于出光连接件A8中的可见光滤镜14，滤除其它成份后再经光电转换器15将可见光转化为电信号，放大后输送至VIS放大器32。

U2光经设于光连接件A7中紫外滤镜20使其成为紫外光，该紫外光再经光电转换器21将紫外光转化为电信号并给予放大后得一补偿紫外光电信号，输送至UV放大器22用于提供补偿信号；

U3光经设于光连接件A7中可见光滤镜30使其成可见光，该光再经光电转换器31转换为电信号，并给予放大后得一补偿可见光电信号输送至VIS放大器32用于补偿信号的提供；

电路部分：将由UV放大器22、VIS放大器32放大的UV及VIS电信号分别输至微分放大器2、UV电信号输出头3及VIS电信号输出头4，微分放大器2测定紫外吸光度和可见光吸光度的差值，并将该差值还源成电信号后输出至显示器5或V/I转换器6或标准输出端7。

机体部分包括：机械清洗部分8，主体部分A2、可见光进光部分A3，可见光出光部分A4，紫外光进光部分A5及紫外光出光部分A6；比色器10设于主体部分A2中，机械清洗部分8通的清洗头与主体部分A2的清洗孔A22相对应后用螺丝固接。可见光进光部分A3包括密封圈A30、滤镜30。光电转换器及壳体A34，依次通过螺丝与光连接件A7相接。可见光出光部分包括密封圈A40、滤镜14、光电转换器15及壳体A43，依次通过螺丝与出光连接件A8相接；紫外光进光部分5包括密封圈A50、滤镜61、光电转换器13及壳体A53，依次通过螺丝与入光连接件A7相接；紫外光出光部分A6包括密封圈A50、滤镜A61、测试仪A62及外壳A63，依次通过螺丝与出光连接件A8相接；光连接件A7与出光接件A8分别与主体部分的入光口A24及出光口A23对应相接。

在线COD水质测试仪中所述测试仪的主体部分A2上，设有供化学清洗入口A20及化学清洗出口A21。

在线COD水质测试仪中所述光学部分中光源1与比色器10之间设有一聚光镜16。

在线COD水质测试仪中所述光学部分中比色器10的光线输入处和光线输出处设有使光线聚集的凸透镜17、18。

本发明技术进步在于，利用光对有机物的吸收特性，可在不添加任何药剂的情况下快速、准确的得到监测数据，使用简单，不易产生二次污染。

附图说明

图1为本实用新型的立体示意图；

图2为本实用新型的爆炸示意图；

图3为本发明的原理示意图；

图4为UV、VIS放大器22、32电路图；

图5为微分放大器电路图；

图6为电源电路图。

具体实施方法

一种在线COD水质测试仪，包括机体、光学部分及电路部分，其中：

光源1设于光连接件A7中，光源被光连接件A7分成三个方向的光，分别为：U1、U2、U3：

U1光通过设于主体部分A2中的比色皿10及出光连接件A8中的半镜11，使其分成两束，一速为直射光U10，另一束为折射光U11设于出光接件A8中的。折射光U11经紫外光滤镜12使其成为紫外光，再经光电转换器13将紫外光转化为电信号放大后输送至UV放大器22；直射光U10经设于出光连接件A8中的可见光滤镜14滤除其它成份后再经光电转换器15将可见光转化为电信号，放大后输送至VIS放大器32。

U2光经设于光连接件A7中紫外滤镜20使其成为紫外光，该紫外光再经光电转换器21将紫外光转化为电信号并给予放大后得一补偿紫外光电信号，输送至UV放大器22用于提供补偿信号；

U3光经设于光连接件A7中可见光滤镜30使其成可见光，该光再经光电转换器31转换为电信号，并给予放大后得一补偿可见光电信号输送至VIS放大器32用于补偿信号的提供。

电路部分：将由UV放大器22、VIS放大器32放大的UV及VIS电信号分别输至微分放大器2、UV电信号输出头3及VIS电信号输出头4，微分放大器2测定紫外吸光度和可见光吸光度的差值，并将该差值还源成电信号后输出至显示器5或V/I转换器6或标准输出端7。

机体部分：机械清洗部分A1，主体部分A2、可见光进光部分A3，可见光出光部分A4，紫外光进光部分A5及紫外光出光部分A6；比色器10设于主体部分A2中，机械清洗部分8通的清洗头与主体部分A2的清洗孔A22相对应后用螺丝固接。可见光进光部分A3包括密封圈A30、滤镜30。光电转换器31及壳体A34，依次通过螺丝与光连接件A7相接；可见光出光部分包括密封圈A40、滤镜14、光电转换器15及壳体A43，依次通过螺丝与出光连接件A8相接。紫外光进光部分5包括密封圈A50、滤镜20、光电转换器21及壳体A53，依次通过螺丝与入光连接件A7相接。紫外光出光部分A6包括密封圈A50、滤镜12、光电转换器13及外壳A63，依次通过螺丝与出光连接件A8相接。光连接件A7与出光接件A8分别与主体部分的入光口A24及出光口A23对应相接。在线COD水质测试仪，所述测试仪的主体部分A2上，设有供化学清洗入口A20及化学清洗出口A21。在线COD水质测试仪，所述光学部分中光源1与比色器10之间设有一聚光镜16。

在线COD水质测试仪，所述光学部分中比色器10的光线输入处和光线输出处设有使光线聚集的凸透镜17、18。

光源1(低压水银光柱灯)发出的辐射光分成三个方向，其中一条方向的光U1通过比色皿10，然后经过半镜11分成两束光。U11(紫外光)和U10(可见光)，其它两个方向的光分别形成U2光(参考紫外光)和U3光(参考可见光)，U2光和U3光的作用是为了补偿由于光源的强度而引起的波动提供信号。

通过光学滤镜检测到U2和U11，它只允许波长为254nm的紫外光通过。同时，UV放大器22作为一个电信号支持过滤器输出；同理，通过光学过滤镜检测U3和U10，它也只允许波长546nm的可见光通过。同时VIS放大器32作为一个电信号过滤器输出支持。UV放大器22和VIS放大器32，它们为由于光源的强度而引起的波动提供重要的补偿信号，发送到微分放大器。

微分放大器2测定紫外吸光度和可见光吸光度的差值，并将他们还原成信号，从而不有受无机物影响，然后再输入显示器5；同时这些信号通过V/1转换器6，标准输出仪7将提供输出信号。当样品溶液有大量的有机物时，如上所说，允许这些信号通过微分放大器，因此仅有紫外光度可以直接读出和输出。

一种在线COD水质测试方法，所述测试方法包括：

a、使光源1发出的辐射光分成三个方向的光，分别为：U1、U2、U3。

b、使U1光通过比色器10及半镜11，使其分成两束，一速为直射光UI0，另一束为折射光U11；折射光U11经紫外光滤镜12使其成为紫外光，再经光电转换器13将紫外光转化为电信号放大后输送至UV放大器22；直射光U10经可见光滤镜14滤除其它成份后再经VIS转换器15将可见光转化为电信号，放大后输送至VIS放大器32。

c、使U2光经紫外滤镜20使其成为紫外光，该紫外光再经转换器21将紫外光转化为电信号并给予放大后得一补偿紫外光电信号输送至UV放大器22。

d、使U3光经可见光滤镜30使其成为可见光，该光再经转换器31转换为电信号，并给予放大后得一补偿可见光电信号输送至VIS放大器32。

e、将由UV放大器22、VIS放大器32放大的UV及VIS电信号分别输致微分放大及UV电信号输出头3及VIS电信号输出关4，微分放大器2测定紫外吸光度和可见光吸光度的差值，并将该差值还源成电信号后输出至显示器5V/I转换器6或标准输出端7。

在线COD水质测试方法，所述光源1与比色器10之间设有一使光线U1聚集的聚光镜16。比色器10的光线输入处和光线输出处设有使光线聚集的凸透镜17、18。

也可与比色器10相配合，设一比色器清洗装置8。本发明的实施例如图1所示，其具体电路为：

COD采用水泵把要测试的水标本送至光路中的标本测试容器(比色皿)中，然后使用特定频率光源透射过容器，再使用光电管感应已衰减了光信号，转换成水质电信号，送多路选择开关4066；选通光电管转换过来的水质信号，通过AD574将模拟量转成数字量，经89C51处理，用AT24C64对历史数据存储，同时由ICL7106转发送液晶显示，由通全双工串行通讯口送RS232。

紫外光波对COD高灵敏度吸收后射向无极性驻极体光电管转换成电信号。再由运放OP15构成三极放大电路，送AD574。精心调整相关外围元件参数，可使其幅频特性与权曲线相近，其输出直流电平反映了COD含量的多少。

该转换电路线性良好，抗干扰能力强，输出电流范围在4-20MA变化，其变化比达10³，再送12位转换，转换最大时间为25μs，完全满足测量精度要求。并在其转换并对信号作了采样保持处理之前加一采样/保持电路LF398，该芯片具有采样速率高，保持电压下降慢和精度高等特点，电压信号送至a/d转换器ad574，其间以跟随器隔离，这样整个电路系统避免了采样的孔径时间以及器件间影响引起的偏差。

由AD574送到89C51的编码，即反映了所测吸光率(ABS)变化和COD的多少。经软件处理后，ABS、COD显示值由P1口输出，经ICL7106(三位半AD转换LCD驱动)送液晶显示。

COD整机采用了模块化结构；89C51、AD5749、MAX232、AT24C64组成主控电路；由TC5043、AE555、OP15四运放，光路及光电传感器组成COD检测模块；由CN2-F60，7805、7815、7905、7915组成的电源板，由水泵，电机及其驱动电路组成的机电动力模块。

附图4为主控电路，由89C51、LF398、AD574、MAX232、AT24C64组成。系统的核心部分是AT89C51单片机，89C51是一个八位(8-bit)的CMOS单晶片微处理器，符合MCS-51工业标准。89C51内含4K-byte的快闪记忆体(Flash Memor)，可重复烧录程式达1000次以上；128-byte-RAM的程式记忆体，作为数据存储器；并提供32条I/O信号线，2个16-bit的定时器(Timer)、或计数器(Counter)，一个双向串行口(RS-232 Serial Port)，和五个中断向量功能；其指令系统与MCS-51完全兼容。在89C51/52单片机构成数智能处理单元中，一般不需要外部扩展ROM和RAM。但为了保存历史数据，扩展了一64K的串行EEPROM AT24C64。另一方向，数据系统通过串口将采集到的信息发送给RS232。由于采用了串行通信，智能处理单元的接口是标准的，而操作面板的信息处理基本上不占用数据系统CPU的时间，而且面板智能处理单元本身成为一个标准化模块。所以，可以配备调制器或无线电收发机，实现远距离的有线或无线的监控。

附图5为本高性能COD测量电路，由TC5043、OP15、AE555组成。由于传感器的输出信号电流I不足以A/D处理，需对信号进行转换和放大。本系统采用高速低噪声精度运放OP15/16作为信号放大和转换，op15是具有高速JFET输入具有低飘移与温度补偿超低补偿电压运算放大器。OP15的输入失调电压温漂dU/dT和输入失调电流温漂dA/dT都很小，分别为0.15mV/℃和12pA/℃，精度比较高，适用于直流及低速的微弱信号放大，转换速率低(0.017V/μs)，内附相位补偿线路。在输入用1匝母线作为输入线圈，当输入电流II变化时，在运算放大器输出端可得到相应的电压变化。互感器线性范围宽，精度高，非线性度可达到≤0.1％，角差≤5°。

附图6为稳压电源电路。由由CN2-F60，7805，7815，7905，7915组成的电源电路。具有输入电压范围宽、交直流两用，能排除干扰，可靠性高，功率大等优点。

Claims (4)

1、一种在线COD水质测试仪，其特征在于：所述测试仪包括机体、光学部分及电路部分，其中：

光学部分：包括光源(1)设于光连接件(A7)中，光源被光连接件(A7)分成三个方向的光，分别为：U1、U2、U3；

U1光通过设于主体部分(A2)中的比色皿(10)及出光连接件(A8)中的半镜(11)，使其分成两束，一速为直射光U10，另一束为折射光U11设于出光接件(A8)中的；折射光U11经紫外光滤镜(12)使其成为紫外光，再经光电转换器(A62)将紫外光转化为电信号放大后输送至UV放大器(22)；直射光U10经设于出光连接件(A8)中的可见光滤镜(14)滤除其它成份后再经光电转换器(A42)将可见光转化为电信号，放大后输送至VIS放大器(32)；

U2光经设于光连接件(A7)中紫外滤镜(20)使其成为紫外光，该紫外光再经光电转换器(A52)将紫外光转化为电信号并给予放大后得一补偿紫外光电信号，输送至UV放大器(22)用于提供补偿信号；

U3光经设于光连接件(A7)中可见光滤镜(30)使其成可见光，该光再经光电转换器(A33)转换为电信号，并给予放大后得一补偿可见光电信号输送至VIS放大器(32)用于补偿信号的提供；

电路部分：将由UV放大器(22)、VIS放大器(32)放大的UV及VIS电信号分别输至微分放大器(2)、UV电信号输出头(3)及VIS电信号输出头(4)，微分放大器(2)测定紫外吸光度和可见光吸光度的差值，并将该差值还源成电信号后输出至显示器(5)或V/I转换器(6)或标准输出端(7)；

机体部分包括：机械清洗部分A1，主体部分A2、可见光进光部分A3，可见光出光部分A4，紫外光进光部分A5及紫外光出光部分A6；比色器10设于主体部分A2中，机械清洗部分A1通的清洗头与主体部分A2的清洗孔A22相对应后用螺丝固接；可见光进光部分A3包括密封圈A30、滤镜A31。检测仪A33及壳体A34，依次通过螺丝与光连接件A7相接；可见光出光部分包括密封圈(A40)、滤镜A41、检测仪A42及壳体A43，依次通过螺丝与出光连接件A8相接；紫外光进光部分5包括密封圈A50、滤镜A51、检测仪A52及壳体A53，依次通过螺丝与入光连接件A7相接；紫外光出光部分A6包括密封圈A50、滤镜A61、测试仪A62及外壳A63，依次通过螺丝与出光连接件A8相接；光连接件A7与出光接件A8分别与主体部分的入光口A24及出光口A23对应相接。

2、根据权利要求1所述的在线COD水质测试仪，其特征在于：所述测试仪的主体部分A2上，设有供化学清洗入口A20及化学清洗出口A21。

3、根据权利要求1所述的在线COD水质测试仪，其特征在于：所述光学部分中光源1与比色器103间设有一聚光镜(16)。

4、根据权利要求1所述在线COD水质测试仪，其特征在于：所述光学部分中比色器(10)的光线输入处和光线输出处设有使光线聚集的凸透镜(17)、(18)。

Images