DE10146165A1

DE10146165A1 - Automatisches Wasserqualitätsmesssystem basierend auf einer optischen Hochleistungsfasersonde

Info

Publication number: DE10146165A1
Application number: DE10146165A
Authority: DE
Inventors: Dong Hwan Kim; Ick Tae Yeom; Kyu Hong Ahn; Yong Hun Lee
Original assignee: Korea Institute of Science and Technology KIST
Current assignee: Korea Institute of Science and Technology KIST
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2002-04-18
Also published as: US20020054288A1; KR20020022876A; JP2002174596A

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wasserqualitätsmesssystem, das auf einer optischen Hochleistungsfasersonde basiert, und insbesondere auf ein Wasserqualitätsmesssystem, das auf einer optischen Hochleistungsfasersonde basiert und das eine optische Fasersonde, die ein Ultraviolettlicht induziert, in ein verschmutztes Wasser entfernt von der Messvorrichtung eintaucht, das Licht ausstrahlt, das reflektierte Fluoreszenzlicht sammelt und den Verschmutzungsgrad unter Verwendung eines Spektrometers quantifiziert. DOLLAR A Das bekannte Wasserqualitätsmesssystem weist Probleme dahingehend auf, dass dasselbe eine periodische Wartung mit einer Düsenreinigung aufgrund eines Düsenzusetzens erfordert, das durch Verschmutzungen verursacht wird, die in dem verschmutzten Wasser enthalten sind, und es aufgrund einer kleinen Fluoreszenzmenge unmöglich ist, den genauen Verschmutzungsgrad von verschmutztem Wasser, das einen niedrigen Verschmutzungsgrad aufweist, zu messen. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung zeigt ein Wasserqualitätsmesssystem, das die Wartungsprozeduren minimiert, indem eine optische Sonde lediglich in verschmutztes Wasser eingetaucht wird, während ein Experiment ausgeführt wird, und mit Reinigungsfluid benetzt wird, während dieselbe nicht verwendet wird, und ermöglicht, den genauen Verschmutzungsgrad von verschmutztem Wasser selbst bei dem Fall eines niedrigen Verschmutzungsgrads zu messen, indem ein kreisförmiger Reflexionsspiegel verwendet wird, der die Effizienz des ...

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wasserquali tätsmesssystem basierend auf einer optischen Hochleistungsfa sersonde und insbesondere auf ein Wasserqualitätsmesssystem basierend auf einer optischen Hochleistungsfasersonde, das ei ne optische Fasersonde eintaucht, die Ultraviolettlicht in verschmutztes Wasser, das sich entfernt von der Messvorrich tung befindet, induziert oder einführt, das Licht ausstrahlt, das reflektierte Fluoreszenzlicht sammelt und den Verschmut zungsgrad unter Verwendung eines Spektrometers dadurch quanti fiziert.

Da in jüngster Zeit die Umweltverschmutzung zu einer großen Sorge wird, hat sich die Messtechnik des Verschmutzungsgrads entwickelt, um effizienter zu werden. Die Umweltverschmutzung wird, mit anderen Worten, durch direktes Sammeln einer ver schmutzten Probe an einem Ort, an dem verschmutztes Wasser existiert, wie z. B. einer Kläranlage, gemessen. Die Messtech nik hat sich jedoch in jüngster Zeit geändert, um Licht in verschmutztes Wasser auszustrahlen und den Verschmutzungsgrad unter Verwendung der Lichtmenge zu messen, die durch das ver schmutzte Wasser bzw. kontaminierte Wasser transmittiert wird.

Ein Verschmutzungsmesssystem, das den Verschmutzungsgrad unter Verwendung der Restlichtmenge misst, die durch das verschmutz te Wasser transmittiert wird, soll den Verschmutzungsgrad un geachtet des Verunreinigungskonzentrationsniveaus des ver schmutzten Wassers genau messen. Es ist bei einer genauen Mes sung des Verschmutzungsgrads erforderlich, zu verhindern, dass die Verschmutzung bei einem Einlassrohr oder einer Düse, durch die verschmutztes Wasser eintritt, adsorbiert wird.

Beschreibung der verwandten Technik

Bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen ist das bekannte Gradmessverfahren im Folgenden beschrieben.

Fig. 1 ist ein Strukturdiagramm, das das bekannte Wasserquali tätsmesssystem darstellt, das Licht in das verschmutzte Wasser ausstrahlt, das durch eine Düse fällt, und den Verschmutzungs grad unter Verwendung der Lichtmenge misst, die durch das ver schmutzte Wasser übertragen wird.

Es ist in Fig. 1 jedoch nicht beschrieben, dass das System mit einem Drucksteuerrohr und einem Auslassrohr ausgerüstet ist, die den Wasserpegel des verschmutzten Wassers steuern, um ei nen konstanten Druck beizubehalten, um den genauen Verschmut zungsgrad zu messen, während das von außen eintretende ver schmutzte Wasser durch das Fluidrohr 5 fällt.

Dasselbe ist, mit anderen Worten, aufgebaut, so dass das Drucksteuerrohr den Druck derart steuert, dass derselbe kon stant ist, und bei dem Fall, dass das Drucksteuerrohr nicht länger den Druck derart steuern kann, dass derselbe konstant ist, und der Druck zunimmt und dadurch der Wasserpegel steigt, wird ein Teil des verschmutzten Wassers durch das Auslassrohr derart hinausgelassen, dass der Druck konstant bleibt.

Wie in Fig. 1 beschrieben, wird, während das extern eintreten de verschmutzte Wasser durch ein Fluidrohr 5 fällt, eine be stimmte Lichtmenge bei einer Lampe 1a erzeugt und in der Rich tung des fallenden Wassers ausgestrahlt.

Die Lichtmenge, die hier von der Lampe 1a emittiert wird, wird durch das dritte optische Filter 6c gefiltert, das das Licht mit einer spezifischen Wellenlänge (sichtbares Licht bei die sem Fall) überträgt, und das Signal, das der Menge des gefil terten Lichts mit einer spezifischen Wellenlänge entspricht, wird durch den dritten optischen Detektor 7c zu dem Steuerab schnitt 8 übertragen.

Zur gleichen Zeit filtert das vierte optische Filter (nicht in der Figur beschrieben) Licht mit einer weiteren spezifischen Wellenlänge (bei diesem Fall ultraviolett) aus dem Licht, das von der Lampe 1a emittiert wird, und der vierte optische De tektor (nicht in der Figur beschrieben) überträgt das Signal, das der Menge des gefilterten Lichts entspricht, zu dem Steu erabschnitt 8.

Eine Sammellinse 2, die vor der Lampe 1a eingebaut ist, sam melt das gestreute Licht, um dasselbe zu dem fallenden ver schmutzten Wasser mit einer konstanten Richtung und einem kon stanten Lichtfluss auszustrahlen.

Das Licht, das in das fallende Wasser durch die Sammellinse 2 ausgestrahlt wird, wird durch das Wasser übertragen und fällt auf die erste Empfangslinse 3, die vor der Sammellinse 2 posi tioniert ist.

Hier ist das einfallende Licht das Licht, das nicht durch eine Verschmutzung gestreut wird, und das Licht, das durch die Ver schmutzungen (bei diesem Fall hauptsächlich Ölkomponenten) ge streut wird (Streulicht) fällt auf die zweite Empfangslinse (die in der Figur nicht beschrieben ist).

Die erste Empfangslinse 3 und die zweite Empfangslinse indu zieren das einfallende Licht zu dem ersten optischen Filter 6a und dem vierten optischen Filter (nicht in der Figur beschrie ben), das auf der Rückseite der Linse eingebaut ist.

Das Licht, das hier bei der ersten Empfangslinse 3 induziert wird, wird durch einen optischen Verteiler 4 verzweigt, bevor dasselbe zu dem ersten optischen Filter 6a induziert wird, so dass eine Hälfte des induzierten Lichts zu dem ersten opti schen Filter 6a übertragen wird und die andere Hälfte des Lichts mit 45° reflektiert wird und zu dem zweiten optischen Filter 6b induziert wird.

Das Licht, das durch den optischen Verteiler 4 zu dem ersten optischen Filter 6a übertragen wird, wird durch das erste op tische Filter 6a gefiltert, und das Licht, das eine gelbfarbi ge Wellenlänge (bei diesem Fall sichtbares Licht) aufweist, wird lediglich zu dem Steuerabschnitt 8 durch den ersten opti schen Detektor 7a übertragen. Und das Licht, das zu dem zwei ten optischen Filter 6b durch den optischen Verteiler 4 indu ziert wird, wird durch das zweite optische Filter 6b gefil tert, und das Ultraviolettlicht, das für das zweite optische Filter 6b geeignet ist, wird lediglich zu dem Steuerabschnitt 8 durch den zweiten optischen Detektor 7b übertragen.

Hier wird das sichtbare Licht mit der gelbfarbigen Wellenlänge zum Messen des Trübungsgrades verwendet, und das Ultraviolett licht wird zur Messung der Nitratkonzentration, des biologi schen Sauerstoffbedarfs (BOD; BOD = Biological Oxygen Demand) und des chemischen Sauerstoffbedarfs (COD; COD = Chemical Oxy gen Demand) von verschmutztem Wasser verwendet.

Das Licht, das durch das verschmutzte Wasser gestreut wird und auf die zweite Empfangslinse einfällt, wird zusätzlich durch das vierte optische Filter (nicht in der Figur beschrieben) gefiltert, und das Ultraviolettlicht wird lediglich zu dem Steuerabschnitt 8 durch den vierten optischen Detektor (nicht in der Figur beschrieben) übertragen.

Der Steuerabschnitt 8 vergleicht die Signale, die von dem ers ten optischen Detektor 7a, dem zweiten optischen Detektor 7b und dem vierten optischen Detektor (nicht in der Figur be schrieben) übertragen werden, mit vorgeschriebenen Werten (Werte des verschmutzten Wassers) und misst dadurch den Ver schmutzungsgrad.

Das bekannte Wasserqualitätsmesssystem, das den Verschmut zungsgrad durch Ausstrahlen eines Lichts in das verschmutzte Wasser und Verwenden der Lichtmenge, die durch das verschmutz te Wasser übertragen wird, misst, weist jedoch ein Problem da hingehend auf, dass dasselbe eine periodische Wartung für eine Düsenreinigung erfordert, da es schwierig ist, einen konstan ten Einlassdruck von verschmutztem Wasser aufgrund eines Dü senverstopfens, das durch Verschmutzungen verursacht wird, die in dem verschmutzten Wasser enthalten sind, aufrechtzuerhal ten.

Das Empfangsteil im Stand der Technik verwendet zusätzlich ein Einzellinsensystem, um Licht zu sammeln, so dass dasselbe le diglich das Fluoreszenzlicht einer Richtung aus dem Fluores zenzlicht, das in alle Richtungen emittiert wird, sammelt, und daher weist das bekannte System ein weiteres Problem auf, dass es aufgrund der kleinen Fluoreszenzmenge unmöglich ist, den genauen Verschmutzungsgrad eines verschmutzten Wassers zu mes sen, das einen niedrigen Verschmutzungsgrad aufweist. (Die Fluoreszenz tritt proportional zu dem Verschmutzungsgrad auf.)

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist vorgeschlagen, um die erwähnten Probleme des Standes der Technik zu lösen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Wasserquali tätsmesssystem zu schaffen, das die Wartungsprozeduren mini miert, die bei bekannten Wasserqualitätsmesssystemen erforder lich sind. Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst, indem eine optische Fasersonde, die der Teil ist, der direkt das verschmutzte Wasser berührt, lediglich in ver schmutztes Wasser eingetaucht wird, während ein Experiment ausgeführt wird, und in einem Reinigungsfluid benetzt wird, während dieselbe nicht verwendet wird, wodurch die Prozedur des Reinigens des Messsystems eliminiert wird.

Wie im Vorhergehenden erwähnt, besteht ein weiteres Problem im Stand der Technik darin, dass es, aufgrund der kleinen Fluo reszenzmenge, die bei der Empfangslinse empfangen wird, unmög lich ist, den genauen Verschmutzungsgrad eines verschmutzten Wassers zu messen, das einen niedrigen Verschmutzungsgrad auf weist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Wasserqualitätsmesssystem zu schaffen, das ermög licht, den genauen Verschmutzungsgrad des verschmutzten Was sers selbst bei dem Fall einer Verschmutzung mit niedrigem Grad zu messen. Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Er findung gelöst, indem ein kreisförmiger Reflexionsspiegel, der die Erfassungseffizienz der Fluoreszenzsignale erhöht, die durch das verschmutzte Wasser übertragen werden, eingeführt wird.

Um die oben erwähnten Aufgaben zu lösen, liefert die vorlie gende Erfindung ein Wasserqualitätsmesssystem, das auf einer optischen Hochleistungsfasersonde basiert, mit folgenden Merk malen: einem Reinigungsabschnitt, der eine optische Fasersonde reinigt, um Verschmutzungen zu entfernen, die an derselben nach jeder Verschmutzungsmessung haften, indem ein Lösungsmit tel und eine Natriumhydroxid-Lösung verwendet wird, um eine genaue Messung von verschmutztem Wasser, das einen niedrigen Verschmutzungsgrad aufweist, zu ermöglichen; einem Betäti gungsabschnitt, der die gereinigte optische Fasersonde unter Verwendung eines Linearmotors betätigt und dieselbe in das verschmutzte Wasser nach unten in eine bestimmte Tiefe ein taucht; einer lichtemittierenden Lampe, die Ultraviolettlicht emittiert; einer optischen Fasersonde, die das Ultraviolett licht, das von der lichtemittierenden Lampe emittiert wird, in das verschmutzte Wasser, das das Ende der optischen Fasersonde berührt, durch einen faseroptischen Verteiler ausstrahlt, und die Fluoreszenzsignale, die in dem Wasser durch die Ausstrah lung erzeugt werden, unter Verwendung eines kreisförmigen Re flexionsspiegels sammelt, um die Sammlung zu maximieren; einem faseroptischen Verteiler, der die Fluoreszenzsignale empfängt, die durch die optische Fasersonde gesammelt werden, und 50% der Signale zu einem Spektrometer überträgt; einem Spektrome ter, das die Fluoreszenzsignale, die von dem faseroptischen Verteiler übertragen werden, in analysierte Signale mit spezi fischen Wellenlängen unter Verwendung eines Spektroskops zer legt und die analysierten Signale zu einem Steuerabschnitt überträgt; und einem Steuerabschnitt, der den Verschmutzungs grad durch Befolgen eines Berechnungsalgorithmus unter Ver wendung der analysierten Signale, die von dem Spektrometer übertragen werden, und von Kalibrierungskonstanten berechnet, die berechneten Verschmutzungsmessresultate anzeigt und den Betrieb des Betätigungsabschnitts steuert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Strukturdiagramm, das ein bekanntes Wasserqua litätsmesssystem darstellt, das Licht in verschmutztes Wasser ausstrahlt, das durch eine Düse fällt, und den Verschmutzungs grad unter Verwendung der Lichtmenge misst, die durch das ver schmutzte Wasser übertragen wird.

Fig. 2 ist ein Strukturdiagramm, das ein Wasserqualitätsmess system, das auf einer optischen Hochleistungsfasersonde ba siert, gemäß der vorliegenden Erfindung ist.

Fig. 3a und 3b sind graphische Darstellungen, die die experi mentellen Resultate der Wasserqualitätsmessungen bei verschie denen Bedingungen unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung vergleichen.

Beschreibung der Ziffern in den Hauptteilen der Figuren

1

Lampe

2

Sammellinse

3

erste Empfangslinse

4

optischer Verteiler

5

Fluidrohr

6

a erstes optisches Filter

6

b zweites optisches Filter

6

c drittes optisches Filter

7

a erster optischer Detektor

7

b zweiter optischer Detektor

7

c dritter optischer Detektor

8

Steuerabschnitt

8

a,

8

b Steuerabschnitt

9

optische Sonde

10

faseroptischer Verteiler

11

Spektrometer

12

Anzeigeabschnitt

13

Reinigungsabschnitt

14

verschmutztes Wasser

15

lichtemittierende Lampe

16

kreisförmiger Reflexionsspiegel

17

Mantel der optischen Faser

18

Kern der optischen Faser

19

Sondenhaltestange

20

Sondenhalter

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Im Folgenden sind Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnun gen die Struktur und die Betriebsprozeduren eines Ausführungs beispiels der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.

Fig. 2 ist ein Strukturdiagramm, das ein Wasserqualitätsmess system, das auf einer optischen Hochleistungsfasersonde ba siert, gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Wie in Fig. 2 beschrieben, wird zum Messen des Verschmutzungs grads von verschmutztem Wasser 14 erst eine optische Faserson de 9 in das verschmutzte Wasser 14 nach unten in eine bestimm te Tiefe unter Verwendung einer spiralförmigen Sondenhal testange 19, mit der der Betätigungsabschnitt 7 ausgerüstet ist, der einen Linearmotor (nicht in der Figur beschrieben) umfasst, eingetaucht.

Die optische Fasersonde 9, die mit dem verschmutzten Wasser 14 nach unten in eine bestimmte Tiefe benetzt wird, ist durch ei nen spiralförmigen Sondenhalter 20 befestigt, der mit dem Be tätigungsabschnitt 7 verbunden ist, und der Sondenhalter 20 bewegt sich in der horizontalen Richtung, die senkrecht zu der Sondenhaltestange 17 ist, um die optische Fasersonde derart zu steuern, dass dieselbe in dem verschmutzten Wasser 14 oder in dem Reinigungsabschnitt 13 positioniert ist.

Der Verbindungsabschnitt zwischen der optischen Fasersonde 9 und dem faseroptischen Verteiler 10 ist hier aus einem flexib len Gummielement oder dergleichen für eine leichte Bewegung der optischen Fasersonde 9 hergestellt.

Der Betrieb des Betätigungsabschnitts 7 wird durch den Steuer abschnitt 8b gesteuert, der den Gesamtbetrieb des Messsystems steuert.

Nachdem die optische Fasersonde 9 in das verschmutzte Wasser 14 bis zu einer bestimmten Tiefe hinunter eingetaucht ist, strahlt eine lichtemittierende Lampe 15 ein Licht, das eine spezifische Wellenlänge (ein Ultraviolettlicht) aufweist, in das verschmutzte bzw. kontaminierte Wasser 14 durch die opti sche Fasersonde 9 aus.

Fluoreszenzsignale werden durch die Lichtausstrahlung in das verschmutzte Wasser 14 erzeugt, und die erzeugten Fluoreszenz signale werden durch das verschmutzte Wasser 14 übertragen, werden bei einem kreisförmigen Reflexionsspiegel 16 reflek tiert und fallen zurück auf die optische Fasersonde 9.

Die Krümmung R des kreisförmigen Reflexionsspiegels 16, um ei ne maximale Menge der erzeugten Fluoreszenzsignale zu sammeln, kann durch die folgenden Berechnungen erhalten werden.

Zuerst wird die numerische Apertur des Endes der optischen Fa sersonde 9 durch die folgende Gleichung berechnet:

[Gleichung 1]

wobei
N.A.: Numerische Apertur des Endes der optischen Fasersonde,
n_u: Brechungsindex des verschmutzten Wassers,
n_co: Brechungsindex des Kerns der optischen Faser,
n_cl: Brechungsindex des Mantels der optischen Faser.

Der Maximalwinkel der Fluoreszenzsignale, die in dem ver schmutzten Wasser 14 erzeugt werden, um zu der optischen Fa sersonde geführt zu werden, wird durch die folgende Gleichung berechnet:

[Gleichung 2]

Der Wert von sinΘ_max kann hier durch eine weitere Gleichung (Gleichung 3) unter Verwendung des Durchmessers des Kerns 18 der optischen Faser und der Krümmung R des kreisförmigen Re flexionsspiegels 16 ausgedrückt werden:

[Gleichung 3]

wobei
d_co: Durchmesser des Kerns der optischen Faser,
n_co: Brechungsindex des Kerns der optischen Faser,
n_cl: Brechungsindex des Mantels der optischen Faser.

Durch Verwenden der Gleichung 2 und der Gleichung 3 kann nun die Krümmung R des kreisförmigen Reflexionsspiegels 16, um die maximale Menge von Fluoreszenzsignalen, die in dem verschmutz ten Wasser erzeugt werden, zu sammeln, durch die folgende Gleichung berechnet werden:

[Gleichung 4]

wobei
R: Krümmung des kreisförmigen Reflexionsspiegels,
d_co: Durchmesser des Kerns der optischen Faser,
n_u: Brechungsindex des verschmutzten Wassers,
n_co: Brechungsindex des Kerns der optischen Faser,
n_cl: Brechungsindex des Mantels der optischen Faser.

Zum Vergleichen der Mengen der Fluoreszenzsignale, die durch einen planaren Reflexionsspiegel und einen kreisförmigen Re flexionsspiegel gesammelt werden, unter Verwendung ihrer Volu mina, kann das Volumen (V₁), das durch Drehen des Schnittbe reichs des kreisförmigen Reflexionsspiegels 16 der vorliegen den Erfindung erhalten wird, durch die folgende Gleichung er halten werden:

[Gleichung 5]

wobei
R: Krümmung des kreisförmigen Reflexionsspiegels,
d_co: Durchmesser des Kerns der optischen Faser,
Θ_max: maximaler Winkel eines Fluoreszenzsignals, um zu der op tischen Faser geführt zu werden.

Das Volumen V₂ das durch Drehen des rechteckigen Bereichs eines bekannten planaren Reflexionsspiegels erhalten wird, kann durch die folgende Gleichung berechnet werden:

[Gleichung 6]

wobei
d_co: Durchmesser des Kerns der optischen Faser,
Θ_max: Maximalwinkel eines Fluoreszenzsignals, um zu der opti schen Faser geführt zu werden.

Da sich hier die Reflexionsmenge von der Transmissionsmenge um einen Faktor von 2 unterscheidet, indem man V₁ und V₂ ver gleicht, die aus der Gleichung 5 und der. Gleichung 6 berechnet werden, ist bemerkbar, dass die Menge der gesammelten Fluores zenzsignale um den folgenden Betrag erhöht wird:

Die Fluoreszenzsignale, die auf der optischen Fasersonde 9 einfallen, werden zu dem faseroptischen Verteiler 10 transmit tiert, und der faseroptische Verteiler 10 transmittiert ledig lich 50% der transmittierten Fluoreszenzsignale in das Spektrometer 11.

Die Fluoreszenzsignale, die zu dem Spektrometer 11 transmit tiert werden, werden durch ein Spektroskop (nicht in der Figur beschrieben), mit dem das Spektrometer 11 ausgerüstet ist, in spezifische Fluoreszenzwellenlängen, die spezifischen Ver schmutzungsindizes entsprechen, durch ein optisches Zerle gungselement (nicht in der Figur beschrieben) zerlegt, und die Fluoreszenzsignale, die in spezifische Wellenlängen zerlegt sind, werden durch einen positionsempfindlichen Detektor (nicht in der Figur beschrieben) zum Messen der Verschmutzung für jede Wellenlänge erfasst.

Mit anderen Worten beträgt bei dem Fall des chemischen Sauer stoffbedarfs COD unter den erfassten Verschmutzungsstoffen durch die zerlegten Wellenlängen, wenn die anregende Wellen länge (Wellenlänge des Fluoreszenzsignals, die auf dem Spektrometer einfällt) 266 nm ist, die Emissionswellenlänge (Wellenlänge des Fluoreszenzsignals, das durch das optische Zerlegungselement zerlegt wird) etwa 345 nm. Und bei schwim mendem Material ist, wenn die anregende Wellenlänge 633 nm be trägt, die Emissionswellenlänge 637 nm, und für Chlorophyll-a wird, wenn die anregende Wellenlänge 440 nm beträgt, die Emis sionswellenlänge bei 685 nm gemessen.

Die analysierten Signale, die in spezifische Wellenlängen zer legt sind, werden zu dem Steuerabschnitt 8b übertragen.

Der Steuerabschnitt 8b führt ein Berechnungsverfahren unter Verwendung der transmittierten analysierten Signale, die in die spezifischen Wellenlängen zerlegt sind, und der Kalibrie rungskonstanten, die proportional zu den Signalen sind, aus.

Nach der Berechnung werden die Verschmutzungsmesssignale in dem Steuerabschnitt 8b erzeugt und zu dem Anzeigeabschnitt 12 übertragen und dort angezeigt.

Die sequentiellen Prozeduren des Verschmutzungsmessexperiments werden durch Verschmutzungsmesssignale beendet, die auf dem Anzeigeabschnitt 12 angezeigt werden, und der Betätigungsab schnitt 7 betätigt die optische Fasersonde 9, um dieselbe in dem Reinigungsfluid zu benetzen, das in den Reinigungsab schnitt 13 gefüllt ist.

Hier besteht der Grund für das Benetzen der optischen Faser sonde 9 in dem Reinigungsfluid bzw. das Legen der optischen Fasersonde 9 in das Reinigungsfluid darin, zu verhindern, dass der Berührungspunkt der optischen Fasersonde 9 mit dem ver schmutzten Wasser 14 durch Verschmutzungen aufgrund wiederhol ter Wasserqualitätsmessungen zugesetzt wird, wodurch eine ge naue Verschmutzungsmessung durchgeführt werden kann.

Die für das Reinigungsfluid verwendeten Materialien sind ein Lösungsmittel (Methanol, Ethanol, Aceton etc.) und eine Natri umhydroxid-Lösung oder Säurelösungen, wie z. B. eine unter chlorige Säurelösung.

Fig. 3a und 3b sind graphische Darstellungen, die die experi mentellen Resultate von Wasserqualitätsmessungen unter ver schiedenen Bedingungen unter Verwendung eines Ausführungsbei spiels der vorliegenden Erfindung vergleichen.

Wie in den Figuren gezeigt, ist Fig. 3a eine graphische Dar stellung, die die Streuintensitäten (Y-Achse) entlang der Zeit (X-Achse) mit/ohne das Verwenden eines Reinigungsfluids für das Messen der Qualität eines Klärwassers einer Kläranlage (durch ▲ und ∆ gezeigt) und eines Grundwassers in einem Sumpf oder einem See (durch ## und ○ gezeigt) vergleicht.

Bei dem Fall eines Grundwassers, das durch ## und ○ gezeigt ist, zeigt ## den Fall, bei dem die optische Fasersonde 9 in das verschmutzte Wasser lediglich eingetaucht ist, wenn die Verschmutzungsmessung ausgeführt wird, und mit dem Reini gungsfluid benetzt oder in dasselbe gelegt wird, wenn dieselbe nicht verwendet wird.

○ zeigt den Fall, bei dem die optische Fasersonde 9 mit dem verschmutzten Wasser selbst dann benetzt ist, wenn dieselbe nicht für eine Verschmutzungsmessung verwendet wird.

Betrachtet man die Vergleichsresultate, fällt auf, dass eine Anfangsstreuintensität selbst nach 360 Messstunden bei dem Fall konstant bleibt, bei dem die optische Fasersonde 9 mit dem Reinigungsfluid benetzt wird, wenn dieselbe für die Mes sung nicht verwendet wird. Auf der anderen Seite nimmt die Streuintensität stark nach 72 Messstunden hei dem Fall ab, bei dem die optische Fasersonde 9 selbst dann mit dem verschmutz ten Wasser benetzt ist, wenn dieselbe für die Messung nicht verwendet wird.

Bei dem Fall des Messens der Qualität des Klärwassers einer Kläranlage sei insbesondere bemerkt, dass eine Anfangsstreuin tensität selbst nach 360 Messstunden bei dem Fall konstant bleibt, bei dem die optische Fasersonde 9 in das verschmutzte Wasser lediglich dann eingetaucht ist, wenn die Messung ausge führt wird, und mit dem Reinigungsfluid benetzt wird, wenn dieselbe nicht für die Messung (durch ▲ gezeigt) verwendet wird. Auf der anderen Seite nimmt die Streuintensität stark lediglich nach einer 24-stündigen Messung bei dem Fall ab, bei dem die optische Fasersonde 9 mit dem verschmutzten Wasser selbst dann benetzt ist, wenn dieselbe nicht für die Messung (was durch ∆ gezeigt ist) verwendet wird.

Wie in den Vergleichsresultaten gezeigt, wird die Abnahme der Streuintensität durch eine Adsorption von Verunreinigungen an dem Berührungspunkt (dem Lieferrohr, der Düse etc. für das verschmutzte Wasser) des Systems verursacht, der direkt das verschmutzte Wasser berührt. Daher ist es für eine genaue Mes sung des Verschmutzungsgrads erforderlich, dass das bekannte Messsystem den Berührungspunkt sehr oft reinigt, der direkt das verschmutzte Wasser berührt. Auf der anderen Seite erfor dert ein Wasserqualitätsmesssystem gemäß der vorliegenden Er findung selten eine zusätzliche Reinigung, so dass die Wartung des Systems relativ einfach ist, um bei einer automatischen Echtzeit-Wasserqualitätsmessung angewendet zu werden.

Fig. 3b ist eine graphische Darstellung, die die Streuintensi täten bei Ausstrahlungs/Erfassungs-Wellenlängen (hier für die anregenden Wellenlängen von 280 nm, 340 nm, 430 nm) bei den Fällen vergleicht, bei denen ein kreisförmiger Reflexionsspie gel und kein kreisförmiger Reflexionsspiegel verwendet werden.

Die schwarzen Balken zeigen die Streuintensitäten (Y-Achse) bei entsprechenden Erfassungswellenlängen (X-Achse) für den Fall, bei dem das Licht durch eine optische Fasersonde 9 hin zu dem verschmutzten Wasser ausgestrahlt wird und die optische Fasersonde 9 die Fluoreszenzsignale, die durch die Ausstrah lung erzeugt werden, erfasst, ohne einen kreisförmigen Refle xionsspiegel zu verwenden.

Die weißen Balken zeigen die Streuintensitäten (Y-Achse) bei entsprechenden Erfassungswellenlängen (X-Achse) für den Fall, bei dem das Licht durch eine optische Fasersonde 9 hin zu dem verschmutzten Wasser ausgestrahlt wird und die optische Faser sonde 9 die Fluoreszenzsignale, die durch die Ausstrahlung er zeugt werden, unter Verwendung eines kreisförmigen Reflexions spiegels 14 erfasst.

Wenn man die Resultate, die in Fig. 3b gezeigt sind, ver gleicht, ist zu sehen, dass die Streuintensitäten bei entspre chenden Erfassungswellenlängen des Messsystems unter Verwen dung eines kreisförmigen Reflexionsspiegels 14 etwa im loga rithmischen Maßstab im Durchschnitt 2~3-mal (d. h. 100~1000 mal) größer als dieselben des Messsystems sind, das keinen kreisförmigen Reflexionsspiegel 14 verwendet.

Mit anderen Worten, verbessert ein Wasserqualitätsmesssystem, das einen kreisförmigen Reflexionsspiegel 14 verwendet, die Effizienz einer optischen Fasersonde 9 zum Erfassen der Fluo reszenzsignale, die durch die Ausstrahlung erzeugt werden, um etwa 100~1000-mal, und das System ermöglicht daher die Durch führung einer genauen Wasserqualitätsmessung selbst bei dem Fall, das verschmutztes Wasser einen niedrigen Verschmutzungs grad aufweist.

Wie im Vorhergehenden erwähnt, liefert die vorliegende Erfin dung ein Wasserqualitätsmesssystem, das die folgenden vorteil haften Charakteristika aufweist:

Erstens kann durch Eintauchen einer optischen Fasersonde, die ein Teil ist, das direkt das verschmutzte Wasser berührt, in das verschmutzte Wasser lediglich dann, während ein Experiment ausgeführt wird, und Benetzen derselben mit einem Reini gungsfluid, während dieselbe nicht verwendet wird, wodurch die Prozedur des Reinigens des Messsystems eliminiert wird, das Wasserqualitätsmesssystem der vorliegenden Erfindung leicht gewartet werden.

Zweitens kann durch Ausrüsten mit einem kreisförmigen Reflexi onsspiegel, der die Effizienz des Erfassens der Fluoreszenz signale, die durch das verschmutzte Wasser übertragen werden, verbessert, das Wasserqualitätsmesssystem der vorliegenden Er findung die Durchführung einer genauen Wasserqualitätsmessung selbst bei dem Fall ermöglichen, bei dem das verschmutzte Was ser einen niedrigen Verschmutzungsgrad aufweist.

Da Fachleute auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung ohne weiteres zusätzliche Modifikationen und Anwendungen innerhalb des Schutzbereichs derselben erkennen, ist die vorliegende Er findung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele und Figuren begrenzt.

Claims

1. Wasserqualitätsmesssystem, das auf einer optischen Hoch leistungsfasersonde basiert und das den Verschmutzungsgrad von verschmutztem Wasser durch Ausstrahlen von Licht in verschmutztes Wasser und Erfassen von Fluoreszenzsignalen, die durch die Ausstrahlung erzeugt werden, misst, mit fol genden Merkmalen:
einem Reinigungsabschnitt, der eine optische Fasersonde nach jeder Wasserqualitätsmessung reinigt;
einem Betätigungsabschnitt, der die gereinigte optische Fasersonde in das verschmutzte Wasser bis hinunter zu ei ner bestimmten Tiefe eintaucht;
einer lichtemittierenden Lampe, die Licht emittiert, das eine spezifische Wellenlänge aufweist;
einer optischen Fasersonde, die das Licht, das von der lichtemittierenden Lampe in das verschmutzte Wasser emit tiert wird, das das Ende der optischer. Fasersonde berührt, durch einen faseroptischen Verteiler ausstrahlt und die Fluoreszenzsignale sammelt, die in dem Wasser durch die Ausstrahlung erzeugt werden;
einem faseroptischen Verteiler, der die Fluoreszenzsignale empfängt, die durch die optische Fasersonde gesammelt wer den, und 50% der Signale zu einem Spektrometer überträgt;
einem Spektrometer, das die Fluoreszenzsignale, die von dem faseroptischen Verteiler übertragen werden, in analy sierte Signale mit spezifischen Wellenlängen unter Verwen dung eines Spektroskops zerlegt, und die analysierten Sig nale zu einem Steuerabschnitt überträgt; und
einem Steuerabschnitt, der den Verschmutzungsgrad durch Befolgen eines Berechnungsalgorithmus unter Verwendung der analysierten Signale, die von dem Spektrometer übertragen werden, und Kalibrierungskonstanten berechnet, die berech neten Verschmutzungsmessresultate anzeigt und den Betrieb des Betätigungsabschnitts steuert.

2. Wasserqualitätsmesssystem, das auf einer optischen Hoch leistungsfasersonde basiert, gemäß Anspruch 1, bei dem das Licht, das eine spezifische Wellenlänge auf weist und das von der lichtemittierenden Lampe emittiert wird, ein Ultraviolettlicht ist.

3. Wasserqualitätsmesssystem, das auf einer optischen Hoch leistungsfasersonde basiert, gemäß Anspruch 1, bei dem die optische Fasersonde mit einem kreisförmigen Reflexionsspiegel ausgerüstet ist.

4. Wasserqualitätsmesssystem, das auf einer optischen Hoch leistungsfasersonde basiert, gemäß Anspruch 3, bei dem der kreisförmige Reflexionsspiegel, mit dem die optische Fasersonde ausgerüstet ist, zum Maximieren der Sammelmenge von Fluoreszenzsignalen dient, wobei der kreisförmige Reflexionsspiegel durch die folgende Glei chung charakterisiert ist:
[Gleichung 7)
wobei
R: Krümmung des kreisförmigen Reflexionsspiegels,
d_co: Durchmesser des Kerns der optischen Faser,
n_u: Brechungsindex des verschmutzten Wassers,
n_co: Brechungsindex des Kerns der optischen Faser,
n_cl: Brechungsindex des Mantels der optischen Faser.