一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置的製作方法
2023-05-19 18:25:01 1
專利名稱：一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種水質色度檢測裝置，尤其涉及一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置。
背景技術：
色度是表示顏色強度的物理量，是表徵水質好壞的重要指標之一，現行水質色度檢測的國家標準方法(GB/T 11903-1989)是鉬鈷比色法和稀釋倍數法。鉬鈷比色法是利用由氯鉬酸鉀和氯化鈷配製的色度標準溶液與被測樣品進行目視比較以測定水樣的色度，適用於清潔水，輕度汙染並略帶黃色調的水以及清潔的地面水、地下水和飲用水等。稀釋倍數法是將樣品用光學純水稀釋至用目視比較與光學純水相比剛好看不見顏色時的稀釋倍數作為表達顏色的強度，適用於汙染較嚴重的地面水和工業廢水。然而，這兩種色度測定方法操作過程繁瑣、耗時長，且目視比較過程受實驗者視覺因素的影響較大，進而使測定的色度·結果存在不確定性。另外，鉬鈷比色法中用到的貴金屬化學試劑價格昂貴，在浪費實驗原材料的同時也對環境造成了二次汙染。為了克服目視比色方法的弊端，人們提出了使用分光光度計測量水質色度，並對此開展了研究。分光光度計測量水質色度是基於分光光度法原理，使用分光光度計代替人眼測定水質色度，擺脫了人眼主觀因素對測量過程的影響，測量結果客觀、真實、可重複性高，測量解析度也有了很大的提高。但是，使用分光光度計測量水質色度僅限於實驗室測量，需要對水樣進行採集和預處理，檢測過程複雜、周期長、具有二次汙染，成本高。目前相關文獻報導的關於分光光度計測量色度的方法，基本上都是通過實驗建立色度標準溶液特定波長下的吸光度與色度的擬合關係式，然後通過測量水樣的吸光度代入擬合關係式確定其色度值。這實際上是以這樣的假設為前提，即廢水的顏色色系基本不變而只是深淺有差異，因而對於同一色系的水樣其吸收特性基本相同。然而，實際廢水的汙染成分是複雜的，不同的物質有不同的吸收特性，當汙染成分稍有變化時，吸收波長也會發生改變，因而在某一特定波長處，建立吸光度與色度關係的方法無法實現汙水色度的普適性測量。
發明內容
針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的在於提供一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置，該裝置利用三波長測量方法測定待測水樣的色度，適用於工業汙水、地表水和飲用水等水溶液色度的實時快速測量。本發明所採取的技術方案是一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置，包括三個LED單色光源，透射式光纖傳感器，USB光纖光譜儀和計算機，LED單色光源通過光纖與透射式光纖傳感器連接，透射式光纖傳感器通過光纖與USB光纖光譜儀連接，USB光纖光譜儀通過USB數據傳輸線與計算機連接。所述的三個LED單色光源分別發紅光、綠光和藍光。
所述的透射式光纖傳感器包括入射光纖、外殼、出射光纖、濾膜、筒狀濾膜固定裝置和吊環；濾膜位於透射式光纖傳感器的縱向兩端，通過筒狀濾膜固定裝置固定，濾膜孔徑為0. 45 ii m ;入射光纖和出射光纖位於透射式光纖傳感器的橫向兩端,通過光纖I禹合器與外殼連接並固定準直。一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置，其採用的色度檢測計算方法為第一步按國家標準，標準號為GB/T 11903-1989的鉬鈷比色法配製系列色度值已知的色度標準溶液，採用所述的一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置測量各色度值已知的色度標準溶液的透射光譜，並取各色度值已知的色度標準溶液的透射光譜於595nm, 555nm, 445nm處的透過率1\、T2、T3,根據公式X = (0. 7833 X T1) + (0. 1974 X T3)Y = T2·Z = 1.1822 X T3計算出各色度值已知的色度標準溶液的三刺激值X、Y、Z，再由三刺激值計算各色度值已知的色度標準溶液相對於光學純水的色差AE，利用回歸法建立色度與色差的關係式 C = f ( A E)；第二步對於待測水樣，採用所述的一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置測量其透射光譜，並取待測水樣的透射光譜於595nm，555nm, 445nm處的透過率1\、T2,T3，根據公式X= (0. 7833 X T1) + (0. 1974 X T3)Y = T2Z = 1.1822 X T3計算出待測水樣的三刺激值X、Y、Z，再由三刺激值計算待測水樣相對於光學純水的的色差AE，將其代入第一步建立的回歸關係式計算得出待測水樣的色度C。本發明的有益效果是I. LED單色光源反應迅速、體積小、成本低，更利於系統集成；2.整個裝置體積小、攜帶方便，能實現快速現場測量；3.整個裝置利用光纖傳感測量水質色度，抗幹擾性強、能遠距離傳輸、能實現實時在線監測。
下面結合附圖及具體實施方式
對本發明做進一步說明。圖I是一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置的結構示意圖。圖2是透射式光纖傳感器結構示意圖。圖I中1是LED單色光源，其發光波長為紅光；2是LED單色光源，其發光波長為綠光；3是LED單色光源,其發光波長為藍光；4是光纖稱合器；5是傳光光纖；6是入射光纖；7是透射式光纖傳感器；8是出射光纖；9是光纖耦合器；10是USB光纖光譜儀；11是USB數據傳輸線；12是計算機。圖2中6是入射光纖；8是出射光纖；13是透射式光纖傳感器外殼；14是筒狀濾膜固定裝置；15是光纖I禹合器；16是吊環；17是濾膜；18是光纖I禹合器。
具體實施例方式圖I中，一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置，包括三個LED單色光源
1、2、3，透射式光纖傳感器7，USB光纖光譜儀10和計算機12。LED單色光源1、2、3通過傳光光纖5、入射光纖6與透射式光纖傳感器7連接,透射式光纖傳感器7通過出射光纖8與USB光纖光譜儀10連接，USB光纖光譜儀10通過USB數據傳輸線11與計算機12連接。圖2中,透射式光纖傳感器7,由入射光纖6,外殼13,光纖稱合器15,筒狀濾膜固定裝置14，吊環16，濾膜17，光纖耦合器18，出射光纖8組成。外殼13是一個四通結構，橫向和縱向兩端都為外螺紋結構；筒狀濾膜固定裝置14具有內螺紋結構，與縱向兩端外螺紋相吻合。入射光纖6和出射光纖8分別通過光纖稱合器15和光纖稱合器18與外殼13連接和準直，濾膜17通過筒狀濾膜固定裝置14固定在外殼13縱向兩端。·一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置，其色度檢測的原理主要採用三波長測量計算方法第一步按國家標準，標準號為GB/T 11903-1989的鉬鈷比色法配製系列色度值已知的色度標準溶液，採用所述的一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置測量各色度值已知的色度標準溶液的透射光譜，並取各色度值已知的色度標準溶液的透射光譜於595nm, 555nm, 445nm處的透過率1\、T2、T3,根據公式X = (0. 7833 X T1) + (0. 1974 X T3)Y = T2Z = 1.1822 X T3計算出各色度值已知的色度標準溶液的三刺激值X、Y、Z，再由三刺激值計算各色度值已知的色度標準溶液相對於光學純水的色差AE，利用回歸法建立色度與色差的關係式 C = f ( A E)；第二步對於待測水樣，採用所述的一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置測量其透射光譜，並取待測水樣的透射光譜於595nm，555nm, 445nm處的透過率1\、T2,T3，根據公式X = (0. 7833 X T1) + (0. 1974 X T3)Y = T2Z = 1.1822 X T3計算出待測水樣的三刺激值X、Y、Z，再由三刺激值計算待測水樣相對於光學純水的的色差AE，將其代入第一步建立的回歸關係式計算得出待測水樣的色度C。本發明實施色度檢測的工作過程如下將透射式光纖傳感器7用鋼絲或繩索連接吊環16放入待測水樣中並完全浸沒，由於透射式光纖傳感器7縱向兩端固定有濾膜17，進入透射式光纖傳感器7內的水基本不包括大顆粒雜質。LED單色光源1、2、3發出的紅、綠、藍光通過光纖耦合器4進入傳光光纖5、入射光纖6，經光纖耦合器15耦合進入透射式光纖傳感器7，光被透射式光纖傳感器7內的水選擇性吸收後，經光纖耦合器18進入出射光纖8，傳輸至光纖耦合器9進入USB光纖光譜儀10，USB光纖光譜儀10經過分光和光電轉換，將採集數據通過USB數據傳輸線11傳送至計算機12，計算機12通過三波長測量計算方法，計算獲得待測水樣的色度值。·
權利要求
1.一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置，包括三個LED單色光源，透射式光纖傳感器，USB光纖光譜儀和計算機，LED單色光源通過光纖與透射式光纖傳感器連接，透射式光纖傳感器通過光纖與USB光纖光譜儀連接，USB光纖光譜儀通過USB數據傳輸線與計算機連接。
2.根據權利要求I所述的一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置，其特徵在於所述三個LED單色光源分別發紅光、綠光和藍光。
3.根據權利要求I所述的一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置，其特徵在於所述的透射式光纖傳感器包括入射光纖、外殼、出射光纖、濾膜、筒狀濾膜固定裝置和吊環；濾膜位於透射式光纖傳感器的縱向兩端，由筒狀濾膜固定裝置固定，濾膜孔徑為0.45 u m ;入射光纖和出射光纖位於透射式光纖傳感器的橫向兩端,通過光纖I禹合器與外殼連接並固定準直。
全文摘要
本發明公開了一種基於透射式光纖傳感器的水質色度檢測裝置，包括三個LED單色光源，透射式光纖傳感器，USB光纖光譜儀和計算機，LED單色光源通過光纖與透射式光纖傳感器連接，透射式光纖傳感器通過光纖與USB光纖光譜儀連接，USB光纖光譜儀通過USB數據傳輸線與計算機連接。該裝置採用三波長法計算獲得任意水樣色度，適用於工業汙水、地表水和飲用水等水溶液的色度檢測，具有結構簡單、操作方便、反應靈敏、體積小、成本低等優點。
文檔編號G01N21/27GK102788757SQ20121031013
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月28日 優先權日2012年8月28日
發明者樓俊, 沈為民, 趙曉偉, 黃杰 申請人:中國計量學院