[发明专利]基于光谱法对复杂水体进行长时间原位探测的装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于光谱法对复杂水体进行长时间原位探测的装置及方法,实现了水下连续精细宽光谱的原位获取，同时该结构简单，紧凑，密封性强，具有小型化、低功耗、便携式等优点，并且该装置采用测试路和标准路进行实时对比探测，使得探测精度更高。该装置包括壳体、光源、第一准直镜组、一分二光纤、第二准直镜组、第三准直镜组、光路切换组件、第四准直镜组、第五准直镜组、二合一光纤、第六准直镜组、同步电路板、光谱模块以及上位机。

技术领域

本发明涉及一种基于光谱法对复杂水体进行长时间原位探测的装置及方法。

背景技术

20世纪80年代以来，对于水质监测具有决定影响的两大技术为光谱分析技术和化学计量技术。

若进行细分，可分为化学分析技术、原子光谱技术、色谱分离技术、电化学分析技术、生物传感技术和分子光谱技术；其中，前三者的水质分析仪存在体积大、采样,测试周期长、成本高等问题。

基于电化学分析技术和生物传感技术的水质分析仪虽然便携，但存在使用寿命短，维护成本高等问题。

光谱分析技术是水环境监测中应用最广泛的技术，而基于直接紫外-可见-近红外光谱分析的水质监测是利用有机物及部分无机物吸收紫外光的特性建立紫外吸光度和水质参数浓度的相关模型来获得重要的水质参数，具有无需试剂、实时在线、体积小、成本低、多参数检测等优点，在对地表水、生活饮用水、工业污水(处理后)、海水等水体的在线监测中具有显著优势，已成为水质监测仪器的重要发展方向。

目前对水质的监测主要是针对地表水、生活饮用水、工业污水(处理后)、海水等展开的相关技术研究，但基本上采用了人工取样+实验室化学分析的方法，存在监测频次低、数据分散、非同步、离线等缺点。

岸边机柜式的在线监测仪器采用抽水+多单传感器集成测量的方式，系统较为机械复杂，由于化学成份与温度、压力等关系很大，这种非原位测量的准确性也会受到质疑；

由于水下应用对设备要求非常高，故用于水体组份的光谱法原位探测处于起步阶段，在对水体进行连续长时间业务化运行监测时,由于光源、探测器、处理电路等的热噪声使得水质测试结果产生漂移、测试系统的随机误差无也无法有效校正。

发明内容

本发明针对现有人工取样+实验室化学分析方式存在监测频次低、数据分散、非同步、离线等缺陷，岸边机柜在线监测仪器的抽水+多单传感器集成测量方式准确性差的问题，以及现有原位探测的系统误差和随机误差影响大等缺点，提出了一种基基于光谱法对复杂水体进行长时间原位探测的装置及方法。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种基于光谱法对复杂水体进行长时间原位探测的装置，包括壳体、光源、第一准直镜组、一分二光纤、第二准直镜组、第三准直镜组、光路切换组件、第四准直镜组、第五准直镜组、二合一光纤、第六准直镜组、光谱模块以及上位机；

壳体中部区域内设有相互平行的四块竖直隔板，四块竖直隔板将中部区域分割成三个相互隔离的第一区域，第二区域以及第三区域；其中第二区域内设置有水平隔板，水平隔板将第二区域分割为相互隔离的标准水容置腔以及与外部连通的待测水容置槽；

第一区域内与待测水容置槽对应位置水平安装有第二准直镜组，以及与标准水容置腔对应位置水平安装有第三准直镜组；

第三区域内与待测水容置槽对应位置水平安装有第四准直镜组，以及与标准水容置腔对应位置水平安装有第五准直镜组；

位于中间的两块竖直隔板上对应第二准直镜组、第四准直镜组的位置分别设置有第一玻璃窗口；

位于中间的两块竖直隔板上对应第三准直镜组、第五准直镜组的位置分别设置有第二玻璃窗口；

光路切换组件安装在第一区域或第三区域内，实现标准水容置腔和待测水容置槽内光路的切换；