[发明专利]基于光学原理的水产养殖浊度探测仪以及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱检测技术、机械电子设计技术和水体浊度检测技术，尤其是一种基于光学原理的水产养殖浊度探测仪以及方法。

背景技术

俗话说：“养鱼先养水”。要想取得水产养殖成功，最关键的是将水质调控做到位。而水质调控的关键是：溶解氧、透明度、酸碱度等。中华人民共和国行业标准规定，透明度的测定可使用赛氏盘法或者透明度计法，其测量原理相同。透明度计法适用于天然水和轻度污染水，圆盘法适用于地面水的现场测定。这两种测定方法均依赖于观测者的主观判断，误差较大，不适用于水产精细养殖。

为了实现透明度的数字化精确测量，行业均通过测定浊度替代透明度指标。浑浊度为水样光学性质的一种表达语，是由于水中存在不溶性物质引起的，它使入射光发生散射和吸收，而不是直线透过水样。浊度的原理：当光线照射到液面上，入射光强、透射光强、散射光强相互之间比值和水样浊度之间存在一定的相关关系，通过测定透射光强，散射光强和入射光强或透射和散射值的比值来测定水样的浊度。国际标准化组织在其推荐的ISO7027中，将散射法和透射法定为浊度仪的两种标准测量方法。商业化绝大多数浊度计采用散射法测量，其工作原理如下：一束平行光在透明液体中传播，如果液体中无任何悬浮颗粒存在，那么光束在直线传播时不会改变方向；若有悬浮颗粒、光束在遇到颗粒时就会改变方向（不管颗粒透明与否），这就形成所谓散射光。颗粒愈多（浊度愈高），光的散射就愈严重。透射法浊度仪的工作原理如下：用一束光通过一定厚度的待测水样并测量待测水样中的悬浮颗粒对入射光的吸收和散射所引起的透射光强度的衰减量来测定待测水样浊度，该方法又称为比浊法。理论上认为，散射法具有透射法不可比拟的优势：在90度方向的散射光，不受颗粒尺寸的影响，这样，即使水样中有不同尺寸的颗粒物但仍可取得较高的准确度。

但是，有颜色的物质对入射光产生吸收，如果一部分散射光被吸收，则检测器检测到的散射光将减少，测量的浊度值偏低。此时往往使用采用比浊计加以修正。另外，当入射光强度相同时，颗粒物浓度越高，它所引起的光散射与吸收将会成倍增加。此时需要在浊度仪光路中增设前向或者后向散射光检测器。可见，基于散射法的浊度仪主要用于悬浮物浓度较低以及无色的水体（如饮用水）检测。由于在实际的水产养殖环境中，有颜色的物质（如藻类）大量存在，因此理论上讲，基于散射法的浊度仪并不适用于养殖环境水体透明度的测量。而且，在水产养殖中，透明度的测量尚不能用浊度完全取代，光能到达的地方才能使水生植物进行光合作用，因此透明度仍然是一个重要的指标。这意味着，水产养殖实践中需要有一种能够综合测量透明度和浊度综合指标的测定仪。

美国哈希公司生产的2100Q便携式浊度仪，发光二极管（860nm）为主动光源，测量范围为0～1000NTU。利用哈希公司专利的比率测量，双检测器的光学系统可以对样品的色度、光线波动以及杂散光进行补偿，对于大多数样品而言，即使在现场环境恶劣的条件下，仍可以获得实验室级别的测量性能。但是，由于比值法用到了散射，不能测量高浊度，从而导致测量范围有限。加上存储空间有限，不适合短时间内多次测量。同时，不能提供入射光透过率的信息。

总之，提供一种能够在现场进行测量的、能够同时快速测定水体的浑浊度和透明度的综合参数、精度较高、测量范围较广和数据储存量较大的检测仪器对于现代化水产养殖业来说是非常有价值的，该仪器的应用能够为水产养殖业提供一种精确信息化手段来获取有参考价值的参数，并帮助其实现快速现场测量。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是，提供一种基于光学原理的水产养殖浊度探测仪以及方法，所述浊度探测仪能够实现在现场进行测量、能够同时快速测定水体的浑浊度和透明度的综合参数、精度较高、测量范围较广。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于光学原理的水产养殖浊度探测仪，包括：光学系统、控制系统以及为光学系统、控制系统提供电源的电源系统；

所述光学系统包括多个光源发射装置、盛放样本瓶的容纳槽体以及均与所述光源发射装置同等数量的准直透镜、光电探测器；所述容纳槽体的槽壁上设有与容纳槽体轴线垂直的光源安装腔和与所述光源安装腔位置相对的探测器安装孔；所述光源安装腔内依次安装所述光源发射装置、准直透镜，所述准直透镜位于容纳槽体和光源发射装置之间；所述光源发射装置发出的光线经准直透镜后垂直入射到容纳槽体中样本瓶里的水样，所述光电探测器位于通过水样的光线光路上，探测入射光的透射光强和散射光强并将接收到的光信号转换为电信号；