一种双光谱水质分析仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种双光谱水质分析仪，包括光源、用于准直所述光源出射光束的准直透镜、储样装置、光谱检测系统以及分别与所述光源和所述光谱检测系统相连接的控制终端，所述的储样装置的上部设有水样池，所述水样池的侧壁上设有用第一窗口片和第二窗口片密封的测量光路通孔，所述光源出射光束依次经过所述的第一窗口片、水样池和第二窗口片；所述的储样装置的下部设有沿所述光源光束出射方向贯穿所述储样装置的参考光路通孔，其中所述的测量光路通孔和所述的水样池构成测量光路，所述的参考光路通孔构成参考光路。本实用新型避免了因光源不稳定或光路中其他部分对光束吸收所引入的误差从而使检测数据失真。
【专利说明】一种双光谱水质分析仪
【技术领域】
[0001]本实用新型属于环境检测【技术领域】，应用于在线或者实验室水质分析和检测，特别是一种基于双光谱双光路的水质分析仪。
【背景技术】
[0002]水体中的C0D、B0D、T0C、D0C、UV254、色度、硝酸盐、亚硝酸盐、浊度等指标是衡量水
体污染程度的重要数据。
[0003]传统的在线检测仪表大多采用比色法、电化学法等，电化学法容易受到干扰，测量结果不精确。比色法需要对样品做预处理和化学反应，检测时间慢而且有二次污染。
[0004]基于吸收光谱法的水质分析技术，可以快速的分析水体中的多种污染物指标，而且不会造成二次污染。特别是基于紫外吸收光谱的有机物和无机盐分析设备、还有基于可见光吸收光谱的色度和浊度分析设备，已经广泛的应用于在线水质检测领域，但是目前市场上的所有基于光谱分析技术的水质分析设备都是采用单光路单光谱和双光路单光谱。如专利号为200710151043.X，专利名称为《一种水下水质分析仪》的发明专利，公开了一种采用单光路的在线水下水质分析仪，具有实时、快速检测污水成分的功能。
[0005]然而由于没有参考光路的光谱或者不是同时检测参考光路光谱，再加上光源的不稳定性使得获得的吸收光谱误差比较大。特别是在长期在线检测过程中，无法保证测量的精度。
实用新型内容
[0006]本实用新型针对上述现有技术的不足，提供一种双光谱水质分析仪，具体技术方案如下:
[0007]—种双光谱水质分析仪，包括光源、用于准直所述光源出射光束的准直透镜、储样装置、光谱检测系统以及分别与所述光源和所述光谱检测系统相连接的控制终端，所述的储样装置的上部设有水样池，所述水样池的侧壁上设有用第一窗口片和第二窗口片密封的两个测量光路通孔，所述光源出射光束依次经过所述的第一窗口片、水样池和第二窗口片；所述的储样装置的下部设有沿所述光源光束出射方向贯穿所述储样装置的参考光路通孔，其中所述的测量光路通孔和所述的水样池构成测量光路，所述的参考光路通孔构成参考光路。
[0008]上述技术方案中，光源出射光束经准直透镜后得到平行光束，平行光束同时进入储样装置的测量光路和参考光路，平行光束进入测量光路时依次经过第一窗口片、水样池(水样池中放置待测水样)和第二窗口片，随后进入光谱检测系统；平行光束经参考光路通孔(参考光路)后直接进入光谱检测系统。同时设置测量光路和参考光路，使相同光束(平行光)同时进入测量光路和参考光路，避免因光源的不稳定等原因使得测量得到的吸收光谱与标准光源参照时引入误差、降低测量精度。同时检测未经过被测水样吸收的平行光(与进入测量光路前的平行光相同)的光谱为测量后得到的吸收光谱提供参照，提高检测精确度。
[0009]作为优选，所述的光谱检测系统包括分别设置在所述测量光路和所述参考光路之后的光纤、狭缝、凹面光栅以及线阵光电传感器，其中所述的线阵光电传感器与所述的控制终端连接，所述的光源出射光束经储样装置后依次经过所述的光纤、狭缝、凹面光栅以及线阵光电传感器。
[0010]作为优选，所述的参考光路通孔的两端设有分别与所述第一窗口片和所述第二窗口片相同的第三窗口片和第四窗口片，所述的参考光路通孔、第三窗口片、第四窗口片形成密闭空间，并在所述密闭空间内注满纯水。通过在参考光路中设置与测量光路相同的第三窗口片和第四窗口片，并在密闭空间内注满纯水，目的在于建立与测量光路中除水样之外相同的光路，排除因光路中因设备不同而引入误差，从而精确的测得水样的吸收光谱。
[0011]作为优选，所述的储样装置外部还包括一个半包围的防水外壳，所述外壳内包含了所述的光源、准直透镜、除所述水样池之外的储样装置、光谱检测系统以及控制终端。在储样装置外加上防水外壳，将除水样池之外的其他部件包含到防水外壳内，目的在于可将该水质分析仪放入待测水域中进行实地水质测试，将水质分析仪放入水下后水样将充满水样池，即可直接进行测试；或放入水下后再取出测试，取出后水样同样将充满水样池。
[0012]作为优选，所述的控制终端包括电源控制模块、信号处理模块以及通讯模块。电源控制模块用于控制电源的工作状态；信号处理模块用于接收光谱检测系统所测得的光谱信号并作处理分析最终可得到吸收光谱数据；通讯模块用于与外部交换数据，如水样检测数据、外部对水质分析仪的控制命令等。
[0013]本实用新型的一种双光谱水质分析仪，通过设置测量光路和参考光路，并使相同的平行光束同时进入测量光路和作为对照的参考光路，使得经测量光路后测得的水样吸收光谱具有一个参考光谱，将吸收光谱和参考光谱对比从而得到较为精确的水质分析数据，避免因光源不稳定或光路中其他部分对光束吸收所引入的误差从而使检测数据失真。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型实施例的一种双光谱的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
[0016]如图1所示为本实用新型实施例的一种双光谱水质分析仪，包括脉冲氙灯光源I以及沿脉冲氙灯光源I出射光束光路方向依次设置的准直透镜2、储样装置3以及光谱检测系统4，脉冲氙灯光源I和光谱检测系统4之间还设有控制终端5。
[0017]储样装置3为“碗型”结构，即一侧带有凹面的水样池301，在水样池301的侧壁上沿光路方向设有两个测量光路通孔302，光束经两个测量光路通孔302可穿透储样装置3进入光谱检测系统4 ;在每个测量光路通孔302上还设有用于防水密封且透光的第一窗口片6和第二窗口片7 ;储样装置3在水样池301的下方设有沿光路方向贯穿储样装置3的参考光路通孔303，光束经参考光路通孔303可穿透储样装置3进入光谱检测系统4，在参考光路通孔303中设置有与第一窗口片6和第二窗口片7材质、位置相同的第三窗口片8和第四窗口片9，第三窗口片8和第四窗口片9与参考光路通孔303形成密闭空间，在密闭空间内注满纯水。储样装置3设有上下两条光路，分别为由第一窗口片6、测量光路通孔302、水样池301和第二窗口片7形成的测量光路以及由第三窗口片8、参考光路通孔303和第四窗口片9形成的参考光路。
[0018]光谱检测系统4分为结构相同的测量光谱检测系统和参考光谱检测系统，分别设置在测量光路和参考光路之后，分别用于检测测量光路和参考光路之后输出的光束的光谱信号。其中测量光谱检测系统包含第一光纤10、第一狭缝11、第一凹面光栅12和第一线阵光电传感器13 ;相应地，参考光谱检测系统包含第二光纤14、第二狭缝15、第二凹面光栅16和第二线阵光电传感器17。其中，第一线阵光电传感器13和第二线阵光电传感器17均与控制终端5连接，用于将检测的到的光谱信息传输到控制终端5中。
[0019]控制终端5包含控制脉冲氙灯光源I的光源控制模块501、用于接收并处理光谱检测系统4检测到的光谱信号的信号处理模块502以及与外部进行通讯的通讯模块503。
[0020]本实用新型的一种双光谱水质分析仪在储样装置3上还设有一个防水外壳304，防水外壳304内部包含了脉冲氙灯光源1、准直透镜2、除水样池301之外的储样装置3、光谱检测系统4以及控制终端5。即防水外壳304包含了除水样池301之外的所有部件。
[0021]本实施例的一种双光谱水质分析仪的工作过程如下:首先，将水样放入储样装置3的水样池301中，保证水样的水位高于测量光路通孔302，使测量光路通孔302浸没在水面下；然后，控制终端5中的光源控制模块501控制脉冲氣灯光源I发出脉冲光束，脉冲光束经置于光路上的准直透镜2准直后形成平行光，平行光投射到储样装置3上，平行光同时进入测量光路和参考光路。进入测量光路时，平行光先后经过第一窗口片6、水样池301和第二窗口片7，随后进入测量光谱检测系统并检测得到测量光谱信息；进入参考光路时，平行光先后经过第三窗口片8、纯水和第四窗口片9，随后进入参考光路检测系统并检测得到参考光谱信息。因测量光路和参考光路中的窗口片相同(对平行光的吸收程度相同)，而纯水可认为对平行光无吸收，所以测量光谱信息相对参考光谱信息的区别是由水样池中的水样对平行光的吸收所导致的，从而通过比较测量光谱信息和参考光谱信息可得出水样对平行光的吸收情况，并进一步通过化学计量学算法得到水样中的物质成分和含量。光谱检测系统检测得到的信息将传输至控制终端5，信息处理模块502对光谱信息作分析处理，并将分析结果通过通讯模块503传输至外部。
[0022]使用过程中，还可将本实用新型实施例的一种双光谱水质分析仪实地浸入待测水域中，水样将注满整个水样池301，而防水外壳304将保证其他部件与水样的隔离，保证各部件正常工作。
[0023]本实用新型实施例的一种双光谱水质分析仪采用设有测量光路和参考光路的方案，通过分别检测测量光路和参考光路的光谱信息，并得到检测光谱数据和参考光谱数据，以参考光谱数据作为光源补偿修正数据从而分析得出水样中的物质种类和含量。该方案避免了因光源不稳定从而引入系统误差导致测量精度的下降，具有结构简单、测量精度高的优点。
[0024]以上所述的【具体实施方式】对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的最优选实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种双光谱水质分析仪，包括光源、用于准直所述光源出射光束的准直透镜、储样装置、光谱检测系统以及分别与所述光源和所述光谱检测系统相连接的控制终端，其特征在于，所述的储样装置的上部设有水样池，所述水样池的侧壁上设有用第一窗口片和第二窗口片密封的两个测量光路通孔，所述光源出射光束依次经过所述的第一窗口片、水样池和第二窗口片；所述的储样装置的下部设有沿所述光源光束出射方向贯穿所述储样装置的参考光路通孔，其中所述的测量光路通孔和所述的水样池构成测量光路，所述的参考光路通孔构成参考光路。
2.根据权利要求1所述的一种双光谱水质分析仪，其特征在于，所述的光谱检测系统包括分别设置在所述测量光路和所述参考光路之后的光纤、狭缝、凹面光栅以及线阵光电传感器，其中所述的线阵光电传感器与所述的控制终端连接，所述的光源出射光束经储样装置后依次经过所述的光纤、狭缝、凹面光栅以及线阵光电传感器。
3.根据权利要求1所述的一种双光谱水质分析仪，其特征在于，所述的参考光路通孔的两端设有分别与所述第一窗口片和所述第二窗口片相同的第三窗口片和第四窗口片，所述的参考光路通孔、第三窗口片、第四窗口片形成密闭空间，并在所述密闭空间内注满纯水。
4.根据权利要求1所述的一种双光谱水质分析仪，其特征在于，所述的储样装置外部还包括一个半包围的防水外壳，所述外壳内包含了所述的光源、准直透镜、除所述水样池之外的储样装置、光谱检测系统以及控制终端。
5.根据权利要求1所述的一种双光谱水质分析仪，其特征在于，所述的控制终端包括电源控制模块、信号处理模块以及通讯模块。
【文档编号】G01N21/31GK203705336SQ201420080904
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】高秀敏 申请人:杭州纳宏光电科技有限公司