一种采用多波长耦合LED光源的水质检测系统的制作方法

本实用新型涉及水质检测领域，尤其是涉及一种采用多波长耦合LED光源的水质检测系统。

背景技术：

随着社会经济的快速发展，环境污染已日益威胁着人们的生活健康，而其中水污染已成为世界各国面临的最严峻的问题之一；针对愈发严重的水污染问题，水环境监测和评价是控制水污染、防止水环境退化的基本手段，同时对水环境进行连续有效的水质在线监测可以使环保部门及时掌握准确的水质信息；可以为环保部门的监督管理和环境决策提供准确依据，可以在污染源头控制水污染问题，有效的预防水环境污染的发生。

随着科学的发展，有人提出了采用光谱技术对水中污染物检测，比如紫外光谱法，现在的紫外光谱法中一般都选用的单一频率的紫外光作为光源对水中的污染物进行检测，由于单个光源的输出功率低，光束质量差，再加上水中所包含的污染物种类差异较大，不同污染物有其特定的吸收光谱，不同种类废水在紫外光谱段的最大吸收波长不尽相同；而该方法只能对水中的部分污染物进行检测和部分指标参数进行检测，并且水中的悬浮物会对检测结果造成严重干扰，因此该方法对污染物的检测精度低，相关性差。因此现有有人开始研究多波长的紫外LED光源作为光谱水质监测系统的光源，但是现在采用多波长紫外LED光源还存在一些问题：比如紫外LED光源与光纤耦合发散角较大，光束与光纤的匹配程度低，导致多波长的LED光束耦合后得到的光源输出功率低，光束质量差以及对污染物灵敏度低等问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述问题，本实用新型提出了一种采用多波长耦合LED光源的水质检测系统，解决了现在光谱法水质监测系统中光源的输出功率低、光束质量差、灵敏度低，导致水质监测的误差较大等技术问题。

本新型新型的技术方案为：一种采用多波长耦合LED光源的水质检测系统，包括光源系统、浸入探头、电源模块、检测流道、探测器阵列、光电检测器、A/D模数转化器、参数计算模块、无线传输模块、储存模块以及移动终端；

所述光源系统包括至少包含两种不同波长的紫外LED光源、紫外LED光源电源驱动模块、准直透镜、波长合束器、聚焦镜，抗紫外光纤，所述光紫外LED光源电源驱动模块分别与电源模块和紫外LED光源电性连接；所述准直透镜大致呈平凸透镜结构，不同波长的紫外LED光源发出的光束分别准直透镜的凸面进入准直透镜进行准直，光束再从准直透镜平面平行射出进入到波长合束器中进行合束，合束后的光束进入到聚焦镜中汇聚耦合到抗紫外光纤中，抗紫外光纤中耦合光源的波长范围为200nm～760nm；所述聚焦镜的孔径角小于抗紫外光纤的数值孔径角；所述抗紫外光纤的输出端与浸入探头连接。

所述浸入探头和探测器阵列均位于检测流道的外侧壁处，且探测器阵列与浸入探头相对设置，所述探测器阵列、光电检测器、A/D模数转化器、参数计算模块、储存模块以及移动终端依次连接，所述探测器阵列、光电检测器、A/D模数转化器、参数计算模块分别与电源模块电性连接。

进一步地，所述准直透镜由紫外熔融石英制成。

进一步地，所述聚焦镜为双分离透镜组，所述双分离透镜组包括正透镜和负透镜，所述正透镜为双凸面透镜，所述负透镜为平凹面透镜，所述正透镜的一凸面与负透镜的凹面相对设置。

进一步地，所述正透镜和负透镜的焦距50mm。

进一步地，所述正透镜由氟化钙制成，所述负透镜由紫外熔融石英制成。

进一步地，所述抗紫外光纤为石英光纤，所述抗紫外光纤的纤芯直径为600μm，数值孔径NA＝0.26。

进一步地，所述参数计算模块为ZYNQ-7010模块。

进一步地，还包括GPS定位模块，所述GPS定位模块与ZYNQ-7010模块连接。

进一步地，所述无线传输模块为ZigBee无线传输模块。

进一步地，所述储存模块为云端服务器；所述移动终端为安装有水质监测APP的手机或者电脑。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型中通过对光源系统进行合理的设计，通过准直透镜实现了对多种不同波长的紫外LED光源发出的光束进行准直，使得光束准直后的发散角为0.403mrad，使得准直效果好，光束的能量损失小；准直的光束在波长合束器中进行合束，多种不同波长的光束在聚焦镜中汇聚耦合到抗紫外光纤中，这样可以得到波长范围在200nm-760nm的耦合光源，并且耦合光源的弥散斑的RMS尺寸大小为186.412μm，GEO点尺寸为290.071μm，并且耦合光源中95％以上的能量集中在300μm以内，实现了多束不同波长的紫外LED光源与光纤的高效耦合，使得光谱水质监测系统中紫外LED光源的输出功率高、光束的质量好，对水质检测的灵敏度好，耦合光源的波长范围在200nm-760nm，可以对水中的COD、浊度和氨氮含量进行有效检测，并且检测的精度高。

本实用新型中的光谱水质检测系统不仅测量精度高，操作简单、成本低，并且检测的时间短，不会对水造成二次污染，最重要的是能够对水质进行原位检测，并且能够对水进行实时在线检测，并且有利用环保部门对水质的数据及时掌握，并且为解决水污染问题提供直接有用的依据，有利于环保部门能够从水污染的源头进行有效治理。

附图说明

图1为本实用新型的框架原理图。

图2为本实用新型中光源系统的框架原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型中的技术方案进一步说明。

参照附图1，本实用新型包括光源系统1、浸入探头2、电源模块3、检测流道4、探测器阵列5、光电检测器6、A/D模数转化器7、参数计算模块、无线传输模块、储存模块以及移动终端8；

参照附图2，光源系统1包括至少包含两种不同波长的紫外LED光源11、紫外LED光源电源驱动模块12、准直透镜13、波长合束器14、聚焦镜，抗紫外光纤15，光紫外LED光源电源驱动模块12分别与电源模块3和紫外LED光源11电性连接；准直透镜13大致呈平凸透镜结构，不同波长的紫外LED光源11发出的光束分别准直透镜13的凸面进入准直透镜13进行准直，光束再从准直透镜13平面平行射出进入到波长合束器14中进行合束，合束后的光束进入到聚焦镜中汇聚耦合到抗紫外光纤15中，抗紫外光纤15中耦合光源的波长范围为200nm～760nm；聚焦镜的孔径角小于抗紫外光纤15的数值孔径角；抗紫外光纤15的输出端与浸入探头2连接。

浸入探头2和探测器阵列5均位于检测流道4的外侧壁处，且探测器阵列5与浸入探头2相对设置，探测器阵列5、光电检测器6、A/D模数转化器7、参数计算模块、储存模块以及移动终端8依次连接，探测器阵列5、光电检测器6、A/D模数转化器7、参数计算模块分别与电源模块3电性连接。

准直透镜13是将紫外LED光源11发出的光束聚焦形成无相差的光斑，准直透镜13由紫外熔融石英制成，准直透镜13的折射率为n＝1.45847，使得出射光束的准直度为0.403mrad，准直效果好，使得紫外LED光源11的能量损失小，另外使得准直透镜13的使用寿命长。

聚焦镜为双分离透镜组，双分离透镜组包括正透镜16和负透镜17，正透镜16为双凸面透镜，负透镜17为平凹面透镜，正透镜16的一凸面与负透镜17的凹面相对设置；正透镜16和负透镜17的焦距50mm；正透镜16由氟化钙制成，负透镜17由紫外熔融石英制成。使得光束汇聚后的整体光斑直径减小为290.071μm，光斑的尺寸与光纤纤芯的尺寸想匹配，使得光束能量在中心位置比较集中，使得光束中95％的能量都集中在30μm内，使得光束的质量更好，多波长紫外LED光源11与光纤耦合的效果更好，使得对水质检测的灵敏度更好。

抗紫外光纤15为石英光纤，抗紫外光纤15的纤芯直径为600μm，数值孔径NA＝0.26。

参数计算模块为ZYNQ-7010模块9，对光信号进行计算处理，算出水质中的COD值、浊度和氨氮含量并且进行储存。

还包括GPS定位模块10，GPS定位模块与ZYNQ-7010模块9连接，GPS定位模块10可以对水质检测的位置进行准确定位，从而实现水质原位检测之后，能够确定水质监测的位置。

无线传输模块为ZigBee无线传输模块20。

储存模块为云端服务器21；移动终端8为安装有水质监测APP的手机或者电脑；这样可以随时从手机或者电脑上查看水质检测的各种指标，方便对水质的实时和在线监控。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。