[实用新型]一种基于光谱法的多参数水质实时在线监测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光学探测技术领域，具体涉及一种基于光谱法的多参数水质实时在线监测装置。

背景技术

水资源污染是当今世界水环境面临的最严峻的问题之一，如何及时、准确、快速、全面的反映水体环境质量和污染源的状况，是制定切实可行的污染防治规划和污染源状况的前提和基础。

目前，基于水质探测有以下几种方法：化学分析法、原子或者分子光谱法、色谱分离技术、电化学分析技术、生物传感技术；

其中，基于化学法的水质分析仪在水质监测时存在采样测试周期长、单参数测量、二次污染、费时费力等问题；

基于原子或者分子光谱、色谱分离的水质分析仪在水质监测时存在不能多参数同时分析、标准工作曲线线性范围窄、复杂样品分析时精度偏低等问题；

基于电化学分析技术的水质分析仪虽然便携，但在水质监测时存在污染、耗能、处理费用高等问题。

生物传感技术会出现识别元件与待测物质发生不可逆化学反应等情况，影响识别能力和灵敏度，另外小型化实现困难。

实用新型内容

为了解决背景技术中的问题，本实用新型提供了一种测试周期短、体积小、成本低并且能够实现实时、多参数的水质测量的基于光谱法的多参数水质实时在线监测装置。

本实用新型的基本原理是：

基于光谱法的多参数水质实时在线监测装置，是利用水体中污染元素的在不同波长位置的吸收光谱曲线来判断污染元素的成份和含量的方法。依据朗伯-比尔定律，通过污染元素光谱曲线“峰”和“谷”的位置来判断污染物的成份、通过其幅值并结合定标方法来判断该污染元素的浓度，并以此实现多个水质参数的定性定量检测。对水体测量的原始数据，通过基于高速ARM处理单元，进行水体多种污染物光谱曲线的解混、实时重构、再通过无线方式、有线方式、固态存储等多种形式提供至用户单元。

该装置可实现对水体的色度、浊度、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)、硝酸盐、氰离子、六价铬、溴离子(Br-，bromide)，有色溶解有机物(CDOM)等多种物质属性和含量的监测。

本实用新型的具体技术方案是：

本实用新型提供了一种基于光谱法的多参数水质实时在线监测装置，其特征在于：包括氙灯源、前置光路、光谱获取单元、快速处理平台以及输出单元；

氙灯源出射光经过前置光路后分为校正参考光路以及测量光路；校正参考光路通过待测水样入射至光谱获取单元；测量光路通过标准水样入射至光谱获取单元；校正参考光路以及测量光路经过光谱获取单元同步获取后转化成两组光谱曲线数字信号后发送至快速处理单元；快速处理单元分别对两组光谱曲线数字信号进行处理后获得待测水样中存在的待测物质及待测物质的浓度后通过输出单元输出到本地或远程从而实现监控；

快速处理单元为基于ARM的水质多参数智能处理平台。

其中，光谱获取单元包括第一准直镜、狭缝、第一反射镜、光纤束、光栅、第二准直镜、探测器、第二反射镜组成；

校正参考光路在经过标准水样后，经过第二准直镜、在第二准直镜的一次像面位置通过光纤束传送至狭缝，再通过第一反射镜反射至光栅，光栅对校正参考光路进行色散后经过第二反射镜反射由探测器接收；

测量光路在经过待测水样后，经第一准直镜、在第一准直镜的一次像面位置通过光纤束至狭缝，再通过第一反射镜反射至光栅，光栅对待测水样光路进行色散后经过第二反射镜反射后由探测器接收。

上述氙灯源模块发的出射光的谱段包括紫外光、可见光、近红外光，光谱谱段为185nm～1100nm。

上述光栅为平面光栅、凹面光栅、凹面全息光栅或可调闪耀光栅。

上述探测器为硅光电管或面阵探测器。

其中，输出单元为网络传输线、无线传输或固态存储。

具体来讲，所述前置光路包括成像镜和准直镜。

本实用新型中快速处理单元分别对两组光谱曲线数字信号进行处理，其具体的处理过程包括以下步骤：

1)建立标准数据库；标准样本数据库包括水里溶解的不同物质，不同物质的特征光谱，通过特征光谱的“反射峰”或者“吸收谷”确定物质成份；通过每种物质成份在特征光谱位置对应的幅度值的大小确定物质的浓度；

2)待测水样中物质的确定；

2.1)通过标准水样的光谱曲线数字信号获取标准水样的特征光谱A；

2.2)通过待测水样的光谱曲线数字信号获取待测水样的特征光谱B；