一种双波长海水COD在线测量装置的制作方法

本实用新型涉及海水水体环境污染在线监测领域，尤其涉及环境光学监测技术领域，具体为一种双波长海水COD在线测量装置。

背景技术：

近年来，随着我国国民经济的迅速发展，环境污染问题日益严重。其中，海水水体环境污染已经十分突出。化学需氧量(COD)反映水中受还原性物质特别是有机物的污染程度，是评价水体质量的重要指标。海水COD含量过高会对水体环境及水生动植物等具有严重危害。目前海水COD的测量方法主要是碱性高锰酸钾法，是目前实验室普遍采用的一种方法，同时也是《海洋监测规范》标准中规定的测试方法。该方法一般是现场采样、实验室分析，测定结果准确，重现性好，但是测试过程需要进行水样预处理，操作繁琐，分析时间长，并且测试过程加入毒性物质易对环境造成二次污染，试剂量大，难以大批量快速测定，无法满足现代环境监测的需求。光谱法不需要任何化学试剂，对水质本身没有影响，而且现场直接测量，不需要对水样进行预处理，检测速度快，避免了繁琐的步骤。与西方发达国家相比，我国的海水COD传感器技术总体是落后的，缺乏价格合理，可实现实时、快速、精确测量的自主知识产权的海水COD在线分析仪器，这种局面严重制约了对海水COD的监测与控制。

此外，传统的海水COD测量方法需要人工现场采样，这不仅费时费力，而且有时非常危险。如到环境恶劣的海洋某处，常常对人身安全造成威胁，并且不能保证长期的实时的测量。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种无需人工值守，价格便宜，可长期自动实时检测的在线测量装置。装置主要由传感器壳体、控制与信号处理单元、光源和信号采集单元四部分组成，实现了海水COD现场快速、实时、精准监测的目的。该装置控制与信号处理模块控制光源控制板，光源控制板控制LED光源工作，光源包括紫外光源和可见光波段光源，光源发出的光信号经石英光窗- 海水水样-石英光窗后到达滤光片对采集光信号进行处理，滤光片处理的光信号经透镜聚焦后由光信号处理模块进行处理，经光信号处理模块处理后的光信号由采集模块进行光信号采集，控制与信号处理模块对光信号进行处理计算后输出。

具体技术方案如下：

一种双波长海水COD在线测量装置，包括壳体及壳体内设置的控制与信号处理单元、光源和信号采集单元，所述壳体的下方设置具有开放进口与出口的采集池，所述采集池的上方为斜面，采集池的两侧石英光窗设置清洁刷，所述清洁刷由电机驱动。

所述控制与信号处理单元包括控制与信号处理模块、光源控制板和电机；所述信号采集单元包括滤光片、透镜、光信号处理模块、温度测量模块、压力测量模块和采集模块；控制与信号处理模块与光源控制板连接，光源控制板与LED光源连接，光源发出的光信号经采集池的石英光窗-海水水样-石英光窗后到达滤光片对采集光信号进行处理，滤光片处理的光信号经透镜聚焦后由光信号处理模块进行处理，经光信号处理模块处理后的光信号由采集模块进行光信号采集，采集模块同时采集温度测量模块测量的温度信号和压力测量模块测量的压力信号。

控制与信号处理模块控制电机工作，电机转动带动清洁刷摆动，清洁刷有两个静止位置，当清洁刷工作时，清洁刷在两个静止位置之间来回摆动，完成对石英光窗的清洁，当停止工作时，其静止在两个静止位置当中一个位置；

光源采用2个LED光源。2个LED光源的波长分别为255nm和 530nm；所述光源控制板4进行了稳压处理，保证为光源提供稳定的电压信号，保证光源的稳定性。

所述采集池顶部设计斜平面与水平面的夹角为45°。

本实用新型的优点是：

1、采用双波长测量，采用255nm波长测试海水COD含量，530nm 波长测试海水浊度参数，根据测试海水中浊度含量来扣除浊度对 255nm波长测量的COD的影响；

2、光源前端设计一个光源控制板，通过光源控制板单独控制光源，并且光源控制板进行了稳压处理，保证为光源提供稳定的电压信号，保证光源的稳定性；

3、装置设计一个自动清洗装置，对石英光窗定时进行清洗，并且石英光窗采用垂直安装，可有效避免其他物质在石英光窗上的附着问题，减少测量误差；

4、采集池顶部设计为斜平面，这样可去除传感器进入海水时在测量位置存留气泡的问题。

本实用新型的效果：

本实用新型的一种双波长海水COD在线测量装置采用测量透射光信号强度来反演COD和浊度，可以实现对海水COD的直接测量，检测速度快，避免了繁琐的步骤，同时不需要化学试剂，避免对海水水质的二次污染。采用双光源结构，可有效扣除浊度对COD测量的影响，提高了装置测量的准确性。提高了环保部门对海水水体COD 的监测水平，为有效防治水体COD污染提供有力的技术支持。

附图说明

图1是本实用新型装置的结构示意图；

图1中：1、接头；2、外壳；3、控制与信号处理模块；4、光源控制板；5、电机；6、光源一；7、光源二；8、石英光窗；9、清洁刷；10、滤光片一；11、滤光片二；12、透镜；13、光信号处理模块； 14、温度测量模块；15、压力测量模块；16、采集模块；20、采集池。

图2是本实用新型装置光源侧正视图；

图2中：501、电机轴；6、光源一；7、光源二；8、石英光窗； 9、清洁刷。

图3是图1的仰视图；

图3中：2、外壳；6、光源一；7、光源二；10、滤光片一；11、滤光片二；12、透镜；13、光信号处理模块。

具体实施方式

图1所示包括传感器壳体、控制与信号处理单元、光源和信号采集单元。

所述传感器壳体包括接头1、外壳2、石英光窗8和清洁刷9及下方的采集池20；

所述控制与信号处理单元包括控制与信号处理模块3、光源控制板4和电机5；

所述信号采集单元包括滤光片一10、滤光片二11、透镜12、光信号处理模块13、温度测量模块14、压力测量模块15和采集模块 16；

其中：控制与信号处理模块3控制光源控制板4，光源控制板4 控制LED光源一6和光源二7工作，光源发出的光信号经采集池20 的石英光窗8-海水水样-石英光窗8后到达滤光片一10和滤光片二11 对采集光信号进行处理，滤光片一10和滤光片二11处理的光信号经透镜12聚焦后由光信号处理模块13进行处理，经光信号处理模块 13处理后的光信号由采集模块16进行光信号采集；

采集模块16将经光信号处理模块13处理后的光信号、温度测量模块14测量的温度信号和压力测量模块15测量的压力信号进行采集，并传输到控制与信号处理模块3对信号进行处理计算；

所述光源一6和光源二7采用高亮度LED光源，2个LED光源的波长分别为255nm和530nm；所述光源控制板4进行了稳压处理，保证为光源提供稳定的电压信号，保证光源的稳定性。

图2所示控制与信号处理模块3控制电机5工作，电机5转动带动清洁刷9摆动，清洁刷9有两个静止位置A和B，当清洁刷9工作时，其在两个静止位置A和B之间来回摆动，完成对石英光窗8的清洁，当停止工作时，其静止在两个静止位置A和B当中一个位置；

如图3所示，所述壳体的下方设置具有开放进口与出口的采集池，海水水样沿箭头所指方向流动，采用开放式可使测量海水处于一直流动状态，避免封闭式水样流动不畅，无法准确掌握海水水样COD 变化情况；这里的开放式是指采集池的进口和出口端均为常开式的，且二者在同一直线上。

如图2所示，所述采集池顶部设计为斜平面，角度设置为45°，当传感器浸入海水中时，在测量位置存留的气泡将沿着斜平面排出测量位置，可有效解决测量位置存留气泡的问题。

本实用新型原理是：不同分子结构导致不同物质对光有选择性吸收，COD的吸收峰主要在254nm，在一定的浓度范围内不同浓度的COD与其特征峰的高度(吸光度值)呈线性关系，通过测量其特征峰的高度可以反演算出COD浓度。水体中浊度的吸收光谱对于COD 的吸收峰有影响。在计算时应扣除浊度信号对COD测量的影响。