TWI661197B - 全光譜水質分析系統 - Google Patents
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Abstract
一種全光譜水質分析系統，主要包含有一光源產生裝置及一光源接收運算裝置，該光源產生裝置及光源接收運算裝置之間具有一取樣區；該光源產生裝置產生一紫外至可見光全光譜範圍的光經取樣區傳送至光源接收運算裝置中，該光源接收運算裝置會根據預存的人工智慧模型演算法，大數據平行比對驗證，自我深度學習分析相關性及各種干擾因子，計算出修正加權參數作相互數值補償及雜訊濾除(如濁度及色度等)，以進一步得出更高精準度的氨氮、總磷及總氮等多種有機物質濃度。
Description
本發明是有關一種紫外至可見光全光譜水質分析系統，特別是一種將接收光分光為許多高解析度的光譜，並測量不同的光吸收度，再根據預設人工智慧模型演算法，大數據平行比對驗證，自我深度學習分析相關性及各種干擾因子，計算出修正加權參數作相互數值補償及雜訊濾除(如濁度及色度等)，以進一步得出更高精準度的氨氮、總磷、總氮、UV254、化學需氧量(COD)、總有機碳(TOC)、生物需氧量(BOD)、溶解性有機碳(DOC)、高錳酸鹽指數(CODMn)、硝氮、亞硝氮、色度、濁度、總懸浮固體、苯酚(BTX)、臭氧或硫化氫等多種有機物質濃度的全光譜水質分析系統。
習知水中氨氮分析儀主要是採用離子選擇電極法，係由鉀離子選擇電極、PH電極(參比電極)和溫度電極共同組成一個一體式電極，包含一傳感器電極膜頭，係用傳感器電極膜頭產生電化學反應，經由氨離子濃度來進行換算電化學的反應，以取得污水水中氨氮的含量。但離子選擇電極法最大的缺點為傳感器電極膜頭要經常要更換，且該傳感器電極膜頭會老化或阻塞鈍化，所以大概10-14天左右要校準一次，造成人工耗費很大，而且該傳感器電極膜頭會偏移，大約2-3個月就要更換，不符合經濟效益。
另一種習知水中氨氮分析儀是採用水楊酸分光光度法或納氏試劑
比色法，該水楊酸分光光度法是基於水揚酸鈉比色法測量水中的氨氮含量，在鹼性介質及催化劑的條件下，以游離狀態的氨或銨離子等形式存在氨氮與水揚酸鹽反應生成一種帶色絡合物，分析儀根據絡合物顏色深淺程度，最終將其轉換化為氨氮濃度值。而該納氏試劑比色法的原理是以游離態的氨或銨離子存在氨氮與納氏試劑反應生成淡紅棕色絡合物，該絡合物的吸光度與氨氮的含量成正比，於該絡合物的特徵吸收波長處測量吸光度，通過儀表計算得到水樣中氨氮的含量。
習知總磷分析儀基於比色法測量水中的總磷含量，原理是水中聚磷酸鹽和其他含磷化合物，在高溫或高壓的酸性條件下水解，生成磷酸根，對於其他難氧化的磷化合物，則被強氧化劑過硫酸納氧化為磷酸根。磷酸根在含鉬離子酸鹽的強酸溶液中，生成一種銻化合物，這種銻化合物被抗壞血酸還原為藍色的磷鉬酸鹽，測量磷鉬酸鹽的吸光度，和標準相比，就得到水樣中總磷含量用。
另一種水中總磷含量的測量方法為過硫酸鉀或硝酸-高氯酸使試樣消解，並將總含磷全部轉化為正磷酸鹽。在酸性介質中，正磷酸鹽與鉬酸銨反應，在銻鹽存在下生成磷鉬雜多酸後，立即被抗換血酸還原，生成藍色絡合物，其吸光度與總磷的濃度成正本。
習知水中總氮分析儀是基於比色法測量水中的總氮含量，原理是在120~124℃下，鹼性過硫酸鉀溶液使樣品中的含氮化合物的氮轉化為硝酸鹽，採用紫外分光光度法於波長200nm和275nm處，分別測定吸光度，按公式計算校正吸光度，總氮含量與校正吸光度成正本，以取得水中總氮的含量。
然而，上述無論是水中氨氮或總磷或總氮含量的測量方法，主要
都是以投藥為測量方法，除了本身分析儀器造價昂貴外，藥物本身成本亦相當高昂，且會造成二次污染，而且無論是電極法或投藥法，儀器設備及特殊藥品耗材及人工維護費用相當高，且分析時間約30分鐘~1小時左右，無法達到即時監測及控制的目的，實不符合環境及經濟成本。
因此，若能夠設計出一種全光譜分析系統，取得全部光譜範圍，以人工智慧模型演算法，大數據平行比對驗證，自我深度學習分析相關性及各種干擾因子，計算出修正加權參數作相互數值補償及雜訊濾除(如濁度及色度等)，以進一步得出更高精準度的氨氮、總磷、總氮、UV254、化學需氧量(COD)、總有機碳(TOC)、生物需氧量(BOD)、溶解性有機碳(DOC)、高錳酸鹽指數(CODMn)、硝氮、亞硝氮、色度、濁度、總懸浮固體、苯酚(BTX)、臭氧或硫化氫等多種有機物質濃度應為一最佳解決方案。
一種全光譜水質分析系統，包含：一裝置本體，而該裝置本體係具有一具有第一鏡窗之光源產生裝置及一具有第二鏡窗之光源接收運算裝置，其中該光源產生裝置與該光源接收運算裝置之間具有一取樣區，且該第一鏡窗之位置係相對於該第二鏡窗；一氙閃光燈，係設置於該光源產生裝置內部，而該氙閃光燈能夠朝向該第一鏡窗發射一穿透取樣區之測量光束，該測量光束能夠穿過該第一鏡窗及該第二鏡窗，並穿透至該光源接收運算裝置內部；一第二透鏡，係設置於該光源接收運算裝置內部，並位於該測量光束行進路徑上，用以對穿透至該光源接收運算裝置內部之測量光束進行聚光處理；一狹縫，用以提高解析度減少雜散光；一準直鏡，用以接收來自狹縫傳送的測量光束，並對
該測量光束做準直化處理；一光柵，係接收來自準直鏡的測量光束，並將該測量光束分光為多個不同波長的光線；一第三透鏡，係設置於該光源接收運算裝置內部，係接收來自光柵的光束，並將集於一陣列光度計；該陣列光度器係設置於該光源接收運算裝置內部，係接收來自該第二透鏡的光束，並進測量高解析度不同波長的光譜；一儲存器，係用以儲存氨氮、總磷、總氮、UV254、化學需氧量(COD)、總有機碳(TOC)、生物需氧量(BOD)、溶解性有機碳(DOC)、高錳酸鹽指數(CODMn)、硝氮、亞硝氮、色度、濁度、總懸浮固體、苯酚(BTX)、臭氧或硫化氫等多種有機物質光波長吸光度及修正加權參數資料檔；以及一微處理器，係用以整體系統之運作，而該微處理器係與該氙閃光燈及該陣列光度器電性連接，用以於該測量光束穿過一通過該取樣區之液體後，該微處理器能夠依據比爾定律計算該測量光束全光譜波長之吸收度，用多成分定量分析解聯立方程式，獲得各種有機物的濃度，並再藉由一內嵌式人工智慧模型演算法，大數據平行比對驗證，自我深度學習分析相關性及各種干擾因子，計算出修正加權參數作相互數值補償及雜訊濾除(如濁度及色度等)，以進一步得出更高精準度的氨氮、總磷、總氮、UV254、化學需氧量(COD)、總有機碳(TOC)、生物需氧量(BOD)、溶解性有機碳(DOC)、高錳酸鹽指數(CODMn)、硝氮、亞硝氮、色度、濁度、總懸浮固體、苯酚(BTX)、臭氧或硫化氫等多種有機物質濃度。
於一較佳實施例中，其中該光源產生裝置更具有一第三透鏡及一光感測器，用以設置於該測量光束行進路徑上，該第三透鏡能將測量光束聚光，該取樣區能夠將該測量光束分開為一穿透水樣之測量光束及一不穿透水樣之參比光束，其中該穿透水樣之測量光束能夠穿過該第一鏡窗及該第二鏡窗，並穿透至該光源接收運算裝置內部，而該光感測器係設置於該不穿透水樣之參比光
束行進路徑上，用以感測該不穿透水樣之參比光束之光強度，可在每次測量中對光源進行補償。
於一較佳實施例中，其中該光源接收運算裝置內部更具有一與該微處理器電性連接之時序產生器，該時序產生器用以發出一訊號至該微處理器，以控制該氙閃光燈發射光束與陣列光度計同步接收進行測量。
於一較佳實施例中，其中該光源接收運算裝置內部更具有一與該微處理器電性連接之通訊器，用以能夠將該全光譜水質分析系統所偵測或/及運算之數據資料傳送出去。
於一較佳實施例中，其中該裝置本體上的該取樣區為一凹口，該取樣區處係具有一清潔刷，而該光源接收運算裝置內部更具有一與該微處理器電性連接之馬達，其中該馬達係延伸出一驅動軸固定於該清潔刷上，而該清潔刷兩側具有一刷體，因此該馬達被驅動使該驅動軸轉動時，該清潔刷兩側之刷體能夠分別清潔該第一鏡窗及該第二鏡窗之朝外表面。
於一較佳實施例中，其中該裝置本體靠近第一鏡窗及第二鏡窗處設置有一超音波清潔裝置，可自動清潔該第一鏡窗及該第二鏡窗。
於一較佳實施例中，其中該氙閃光燈所發射之測量光束的波長為160~800nm。
於一較佳實施例中，其中該微處理器的運算公式為比爾定律及多成分定量分析公式，係將要測量的有機物濃度列成一聯立方程式後，再進行解聯立方程式，即可取得各種有機物的濃度值。
於一較佳實施例中，其中該總磷的光吸收率變異性最高是在於170~190nm之間。
於一較佳實施例中，其中該總氮的光吸收率變異性最高是在於190~245nm之間。
於一較佳實施例中，其中該氨氮的光吸收率變異性最高是在於180~200nm之間。
1‧‧‧裝置本體
11‧‧‧光源產生裝置
111‧‧‧第一鏡窗
112‧‧‧氙閃光燈
113‧‧‧第一透鏡
114‧‧‧光感測器
12‧‧‧光源接收運算裝置
121‧‧‧第二鏡窗
122‧‧‧第二透鏡
123‧‧‧陣列光度器
129‧‧‧光柵
124‧‧‧微處理器
125‧‧‧儲存器
126‧‧‧時序產生器
127‧‧‧通訊器
128‧‧‧馬達
130‧‧‧第三透鏡
13‧‧‧取樣區
131‧‧‧清潔刷
1311‧‧‧刷體
132‧‧‧狹縫
133‧‧‧準直鏡
134‧‧‧超音波清潔裝置
2‧‧‧液體
[第1圖]係本發明全光譜水質分析系統之結構示意圖。
[第2圖]係本發明全光譜水質分析系統之上視結構示意圖。
[第3圖]係本發明全光譜水質分析系統之架構示意圖。
[第4圖]係本發明全光譜水質分析系統之另一實施示意圖。
[第5圖]係第4圖之架構示意圖。
[第6圖]係本發明全光譜水質分析系統之量測運作實施示意圖。
[第7圖]係本發明全光譜水質分析系統之量測光譜示意圖。
有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
請參閱第1、2及3圖，為本發明全光譜水質分析系統，由圖中可知，該全光譜水質分析系統係包含有一裝置本體1，而該裝置本體1具有一第一鏡窗111之光源產生裝置11及一具有第二鏡窗121之光源接收運算裝置12，其中該光源產生裝置11與該光源接收運算裝置12之間具有一取樣區13，且該第一鏡窗111
之位置係相對於該第二鏡窗121。
而該光源產生裝置11內部係具有一個或一個一個以上的氙閃光燈112、一第一透鏡113及一光感測器114，其中該氙閃光燈112所發射之測量光束的波常為160~800nm，因此能夠朝向該第一鏡窗111發射一紫外至可見光的測量光束(白光)，該第一透鏡113用以設置於該測量光束行進路徑上，該取樣區13將該測量光束分開為一穿透水樣之測量光束及一不穿透水樣之參比光束，其中該穿透水樣之測量光束能夠穿過該第一鏡窗111及該第二鏡窗121，並穿透至該光源接收運算裝置12內部，而該光感測器114係設置於該不穿透水樣之參比光束行進路徑上，用以感測該不穿透水樣之參比光束之光強度。
而該光源接收運算裝置12內部係具有一第二透鏡122、一狹縫132、一準直鏡133、一光柵129、一陣列光度器123、一微處理器124、一儲存器125、一時序產生器126、一通訊器127及一第三透鏡130，其中該準直鏡122係設置於該光源接收運算裝置12內部，並位於該穿透水樣之測量光束行進路徑上，用以接收來自第二鏡窗121之穿透水樣之測量光束，並將光束傳送至該光柵129；該光柵129能夠將該穿透水樣之測量光束分光為多個波長的彩虹光束，並將該彩虹光束傳送至該第三透鏡130聚集光束並傳送該陣列光度器123，該陣列光度器123會測量高解析度不同波長光譜，將該光譜傳送至微處理器124中進行運算分析；且該陣列光度器123係為1024像素陣列光度器或2048像素陣列光度器或3072像素陣列光度器，可測量1024條或2048條或3072條高解析度的波長光譜，達到準確運算分析之目的。
該儲存器125用以儲存氨氮、總磷、總氮、UV254、化學需氧量(COD)、總有機碳(TOC)、生物需氧量(BOD)、溶解性有機碳(DOC)、高錳酸鹽
指數(CODMn)、硝氮、亞硝氮、色度、濁度、總懸浮固體、苯酚(BTX)、臭氧或硫化氫等多種有機物質光波長吸光度及修正加權參數資料檔，而該微處理器124用以控制該全光譜水質分析系統之運作，該微處理器124係與該氙閃光燈112及該陣列光度器123電性連接，用以於該穿透水樣之測量光束穿過一通過該取樣區13之液體2後，該微處理器124能夠依據比爾定律該穿透水樣之測量光束計算出全光譜吸收度，並再藉由多成分定量分析、內嵌人工智慧模型演算法，大數據平行比對驗證，自我深度學習分析相關性及各種干擾因子，計算出修正加權參數作相互數值補償及雜訊濾除(如濁度及色度等)，以進一步得出更高精準度的氨氮、總磷、總氮、UV254、化學需氧量(COD)、總有機碳(TOC)、生物需氧量(BOD)、溶解性有機碳(DOC)、高錳酸鹽指數(CODMn)、硝氮、亞硝氮、色度、濁度、總懸浮固體、苯酚(BTX)、臭氧或硫化氫等多種有機物質濃度。
而微處理器124運算主要是透過比爾定律(紫外線-可見光吸收光譜之定量分析公式)公式：A=log(Po/P)=εbc其中A是代表吸光度，Po是代表原本光束未通過樣品槽之輻射功率，P是代表光束通過樣品槽後之輻射功率，ε是代表莫耳吸光係數、單位為Lmol-1cm-1)，b是代表光束通過樣品槽之光徑長度、單位為cm，c是代表樣品濃度、單位為mol L-1；以上述公式當基礎延伸，再套用多成分的定量分析公式：Atotal=A1+A2+A3+A4+....An=ε1bc1+ε2bc2+ε3bc3+ε4bc4+......εnbcn
含有一種上的成分溶液，只要成分彼此不起化學變化，同樣可運
運比爾定律進行定量分析，即總吸收光度(Atotal)=各成分吸光度(A1、2、3、4...n)之加總，其中下標代表成分1、成分2、成分3....成分n。
因此，若微處理器只要把要測量的每一種成分經由上述公式列成一聯立方程式，再進行解聯立方程式，即可獲得水中各種有有機物的濃度，包含氨氮、總磷及總氮及所有有機物的濃度測量分析。
透過人工智慧模型演算法，大數據平行比對驗證，自我深度學習分析相關性及各種干擾因子，計算出修正加權參數作相互數值補償及雜訊濾除(如濁度及色度等)，以進一步得出更高精準度的氨氮、總磷、總氮、UV254、化學需氧量(COD)、總有機碳(TOC)、生物需氧量(BOD)、溶解性有機碳(DOC)、高錳酸鹽指數(CODMn)、硝氮、亞硝氮、色度、濁度、總懸浮固體、苯酚(BTX)、臭氧或硫化氫等多種有機物質濃度。
該時序產生器126用以發出一訊號至該微處理器124，以控制該氙閃光燈112發射光束與該陣列光度計123同步進行接收測量；且該通訊器127用以能夠將該全光譜水質分析系統所偵測或/及運算之數據資料傳送出去，該通訊器127係能夠為RS485介面，且該通訊器127並可導入電源至裝置本體1中，讓每個用電電路可正常運作。
該取樣區13處係具有一清潔刷131，而該光源接收運算裝置12內部更具有一與該微處理器124電性連接之馬達128，其中該馬達128係延伸出一驅動軸1281固定於該清潔刷131上，而該清潔刷131兩側具有一刷體1311，因此該馬達128被驅動使該驅動軸1281轉動時，該清潔刷131兩側之刷體1311能夠分別清潔該第一鏡窗111及該第二鏡窗121之朝外表面，避免第一鏡窗111及該第二鏡窗121沾附污物，同時可保持清潔。
另外，請參閱第4、5圖所示，該光源產生裝置11及光源接收運算裝置12靠近第一鏡區111及第二鏡區121係設置有一超音波清潔裝置134，可自動清潔該第一鏡窗111及第二鏡窗121上沾附的污物，達到保持清潔之目的。
請同時參閱第6及7圖所示，如第6圖所示，欲量測水中氨氮、總磷及總氮等濃度時，係將該裝置本體1放入水槽、水庫、河川、湖泊、渠道或海洋等環境中，且藉由上述的量測方法，取得一全光譜圖，則如第7圖所示，波長160~800nm的不同波長對應吸光度則皆如圖中所示，而針對不同有機物說明如下：
(1)而經光譜圖可知，總磷之光吸收率變異性最大的是位於170~195nm範圍之間(例如為170、171、172、173、174、175、176、177、178、179、180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190、191、192、193、194、195nm皆為取樣範圍)，其中，較佳實施例是在波長180nm、182nm、185nm、187nm及195nm進行取樣，每一次取樣都藉由比爾定律、多成分定量分析、人工智慧模型演算法，大數據平行比對驗證，自我深度學習分析相關性及各種干擾因子，計算出修正加權參數作相互數值補償及雜訊濾除(如濁度及色度等)，以進一步得出更高精準度的總磷濃度值，並經由多次取樣數據的平均值，判定水中總磷準確的濃度值。
(2)而經光譜圖可知，總氮之光吸收率變異性最大的是位於190~245nm範圍之間(例如為190、191、192、193、194、195、196、197、198、199、200、201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213、214、215、216、217、218、219、220、221、222、223、
224、225、226、227、228、229、230、231、232、233、234、235、236、237、238、239、240、241、242、243、244、245皆在取樣範圍)，其中，較佳實施例是在波長190nm、195nm、200nm、220nm及245nm進行取樣，每一次取樣都藉由比爾定律、多成分定量分析、人工智慧模型演算法，大數據平行比對驗證，自我深度學習分析相關性及各種干擾因子，計算出修正加權參數作相互數值補償及雜訊濾除(如濁度及色度等)，以進一步得出更高精準度的總氮濃度值，並經由多次取樣數據的平均值，判定水中總氮準確的濃度值。
(3)而經光譜圖可知，氨氮之光吸收率變異性最大的是位於180~200nm範圍之間(例如為180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190、191、192、193、194、195、196、197、198、199及200nm皆在取樣範圍)，其中，較佳實施例是在波長182nm、187nm、192nm、195nm及200nm進行取樣，每一次取樣都藉由比爾定律、多成分定量分析、人工智慧模型演算法，大數據平行比對驗證，自我深度學習分析相關性及各種干擾因子，計算出修正加權參數作相互數值補償及雜訊濾除(如濁度及色度等)，以進一步得出更高精準度的氨氮濃度值，並經由多次取樣數據的平均值，判定水中氨氮準確的濃度值。
(4)而經光譜圖可知，該化學需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、總有機碳(TOC)、溶解性有機碳(DOC)、高錳鹽酸指數(CODMn)、紫外吸光係數(SAC254)之光吸收率變異最大是位於243~290nm範圍之間(例如為243、244、245、246、247、248、249、250、251、252、253、254、255、256、257、258、259、260、261、262、263、264、265、266、
267、268、269、270、271、272、273、274、275、276、277、278、279、280、281、282、283、284、285、286、287、288、289、290nm之間皆為取樣範圍)，較佳實施例是在波長243nm、254nm、265nm、275nm及290nm進行取樣，每一次取樣都藉由比爾定律、多成分定量分析、人工智慧模型演算法，大數據平行比對驗證，自我深度學習分析相關性及各種干擾因子，計算出修正加權參數作相互數值補償及雜訊濾除(如濁度及色度等)，以進一步得出更高精準度的化學需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、總有機碳(TOC)、溶解性有機碳(DOC)、高錳鹽酸指數(CODMn)、紫外吸光係數(SAC254)濃度值，並經由多次取樣數據的平均值，判定水中化學需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、總有機碳(TOC)、溶解性有機碳(DOC)、高錳鹽酸指數(CODMn)、紫外吸光係數(SAC254)準確的濃度值。。
(5)而經光譜圖可知，該色度的光吸收率變異最高是位於390~525nm範圍之間(例如為390、391、392、393、394、395、396、397、398、399、400、401、402、403、404、405、406、407、408、409、410、411、412、413、414、415、416、417、418、419、420、421、422、423、424、425、426、427、428、429、430、431、432、433、434、435、436、437、438、439、440、441、442、443、444、445、446、447、448、449、450、451、452、453、454、455、456、457、458、459、460、461、462、463、464、465、466、467、468、469、470、471、472、473、474、475、476、477、478、479、480、481、482、483、484、485、486、487、488、489、490、491、492、493、494、495、
496、497、498、499、500、501、502、503、504、505、506、507、508、509、510、511、512、513、514、515、516、517、518、519、520、521、522、523、524、525nm之間皆為取樣範圍)，較佳實施例是在波長390nm、410nm、455nm、500nm及525nm進行取樣，每一次取樣都藉由比爾定律、多成分定量分析、人工智慧模型演算法，大數據平行比對驗證，自我深度學習分析相關性及各種干擾因子，計算出修正加權參數作相互數值補償及雜訊濾除(如濁度及色度等)，以進一步得出更高精準度的色度濃度值，並經由多次取樣數據的平均值，判定水中色度準確的濃度值。
(6)而經光譜圖可知，苯酚(BTX)之最高吸光度是位於300~350nm範圍之間(例如為300、301、302、303、304、305、306、307、308、309、310、311、312、313、314、315、316、317、318、319、320、321、322、323、324、325、326、327、328、329、330、331、332、333、334、335、336、337、338、339、340、341、342、343、344、345、346、347、348、349、350)，較佳實施例是在波長300nm、310nm、325nm、340nm及350nm進行取樣，每一次取樣都藉由比爾定律、多成分定量分析、人工智慧模型演算法，大數據平行比對驗證，自我深度學習分析相關性及各種干擾因子，計算出修正加權參數作相互數值補償及雜訊濾除(如濁度及色度等)，以進一步得出更高精準度的苯酚(BTX)濃度值，並經由多次取樣數據的平均值，判定水中苯酚(BTX)準確的濃度值。
本發明所提供之全光譜水質分析系統，與其他習用技術相互比較時，其優點如下：
(1)本發明具有無須水樣處理，可在無添加化學試劑的情況下放入水中，連續在線全光譜紫外光-可見光直接同時量測水中多種參數，包含氨氮、總磷、總氮、、UV254、化學需氧量(COD)、總有機碳(TOC)、生物需氧量(BOD)、溶解性有機碳(DOC)、高錳酸鹽指數(CODMn)、硝氮、亞硝氮、色度、濁度、總懸浮固體、苯酚(BTX)、臭氧或硫化氫等多種有機物質及營養鹽等參數，並通過全光譜測量對濁度與色度彼此相互干擾進行補償，確保測量準確，內置相關標定參數，達到即時監測及反應迅速之功效。
(2)本發明為一種可進行即時測量、現場校正，超低功耗，適合戶外無電力環境，強固型沉水式外殼，可連續沉水100米深。
(3)本發明具有自動清潔刷或超音波清潔裝置，防止境窗沾污，幾乎免維護。
(4)本發明具有體積小、重量輕及方便攜帶等諸多優點，更能夠應用於水槽、水庫、河川、湖泊、渠道、海洋等應用環境。
本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本發明之精神和範圍內，不可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。
Claims (8)
- 一種全光譜水質分析系統，包含：一裝置本體，而該裝置本體係具有一具有第一鏡窗之光源產生裝置及一具有第二鏡窗之光源接收運算裝置，其中該光源產生裝置與該光源接收運算裝置之間具有一取樣區，且該第一鏡窗之位置係相對於該第二鏡窗；一氙閃光燈，係設置於該光源產生裝置內部，而該氙閃光燈能夠朝向該第一鏡窗發射一穿透取樣區之測量光束，該測量光束能夠穿過該第一鏡窗及該第二鏡窗，並穿透至該光源接收運算裝置內部；一第二透鏡，係設置於該光源接收運算裝置內部，並位於該測量光束行進路徑上，用以對穿透至該光源接收運算裝置內部之測量光束進行聚光處理；一狹縫，用以提高解析度，減少雜散光；一準直鏡，用以接收來自狹縫傳送的測量光束，並對該測量光束做準直化處理；一光柵，係接收來自準直鏡的測量光束，並將該測量光束分光為多個不同波長的光線；一第三透鏡，係設置於該光源接收運算裝置內部，係接收來自光柵的光束，並將該光束聚集一陣列光度器，該陣列光度器係設置於該光源接收運算裝置內部，係接收來自該第二透鏡的光束，並測量高解析度不同波長之光譜；一儲存器，係用以儲存氨氮、總磷、總氮、UV254、化學需氧量(COD)、總有機碳(TOC)、生物需氧量(BOD)、溶解性有機碳(DOC)、高錳酸鹽指數(CODMn)、硝氮、亞硝氮、色度、濁度、總懸浮固體、苯酚(BTX)、臭氧或硫化氫等多種有機物質之光波長吸光度及修正加權參數資料檔；以及一微處理器，係用以整體系統之運作，而該微處理器係與該氙閃光燈及該陣列光度器電性連接，用以於該測量光束穿過一通過該取樣區之液體後，該微處理器能夠依據比爾定律計算該測量光束全光譜波長之吸收度，並再藉由一內嵌式人工智慧模型演算法，大數據平行比對驗證，自我深度學習分析相關性及各種干擾因子，計算出修正加權參數作相互數值補償及雜訊濾除，以進一步得出更高精準度的氨氮、總磷、總氮之濃度，其中該氨氮的光吸收率變異性最高是在於180~200nm之間、總磷的光吸收率變異性最高是在於170~190nm之間、總氮的光吸收率變異性最高是在於190~245nm之間。
- 如請求項1所述之全光譜水質分析系統，其中該光源產生裝置更具有一第一透鏡及一光感測器，用以設置於該測量光束行進路徑上，該第一透鏡能將測量光束聚光，該取樣區能夠將該測量光束分開為一穿透水樣之測量光束及一不穿透水樣之參比光束，其中該穿透水樣之測量光束能夠穿過該第一鏡窗及該第二鏡窗，並穿透至該光源接收運算裝置內部，而該光感測器係設置於該不穿透水樣之參比光束行進路徑上，用以感測該不穿透水樣之參比光束之光強度，在每次測量中對光源進行補償。
- 如請求項1所述之全光譜水質分析系統，其中該光源接收運算裝置內部更具有一與該微處理器電性連接之時序產生器，該時序產生器用以發出一訊號至該微處理器，以控制該氙閃光燈發射光束與陣列光度計同步進行接收測量。
- 如請求項1所述之全光譜水質分析系統，其中該光源接收運算裝置內部更具有一與該微處理器電性連接之通訊器，用以能夠將該全光譜水質分析系統所偵測或/及運算之數據資料傳送出去。
- 如請求項1所述之全光譜水質分析系統，其中該裝置本體上的該取樣區為一凹口，該取樣區處係具有一清潔刷，而該光源接收運算裝置內部更具有一與該微處理器電性連接之馬達，其中該馬達係延伸出一驅動軸固定於該清潔刷上，而該清潔刷兩側具有一刷體，因此該馬達被驅動使該驅動軸轉動時，該清潔刷兩側之刷體能夠分別清潔該第一鏡窗及該第二鏡窗之朝外表面。
- 如請求項1所述之全光譜水質分析系統，其中該裝置本體靠近第一鏡窗及第二鏡窗處設置有一超音波清潔裝置，可自動清潔該第一鏡窗及該第二鏡窗。
- 如請求項1所述之全光譜水質分析系統，其中該氙閃光燈所發射之測量光束的波長為160~800nm。
- 如請求項1所述之全光譜水質分析系統，其中該微處理器的運算公式為比爾定律及多成分定量分析公式，係將要測量的有機物濃度列成一聯立方程式後，再進行解聯立方程式，即可取得各種有機物的濃度值。
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| TW107117003A TWI661197B (zh) | 2018-05-18 | 2018-05-18 | 全光譜水質分析系統 |
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| TW107117003A TWI661197B (zh) | 2018-05-18 | 2018-05-18 | 全光譜水質分析系統 |
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| TWI661197B true TWI661197B (zh) | 2019-06-01 |
| TW202004180A TW202004180A (zh) | 2020-01-16 |
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ID=67764334
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113984671A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-01-28 | 苏州雷博亚仪器有限公司 | 水质在线或实时检测用的多项指标检测仪及方法 |
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2018
- 2018-05-18 TW TW107117003A patent/TWI661197B/zh active
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