一種用於水質分析儀表的移動式參比光路裝置製造方法

2023-06-18 20:49:51 2

一種用於水質分析儀表的移動式參比光路裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於水質光學分析儀表的光路參比裝置，用於消除儀表光電器件性能漂移導致的測量誤差。本裝置包括，移動式雙槽樣品池1，由驅動電機11、齒條12和驅動齒輪13組成的樣品池驅動裝置2，數據處理及控制單元3，以及由光源4、光纖5、光源入射窗口6、光譜檢測窗口7和光敏傳感器8組成的樣品檢測光路。樣品測量過程中，數據處理及控制單元3發出指令，使樣品池驅動裝置2驅動雙槽樣品池1沿樣品池基座14上的滑槽15往復移動，將該樣品池中的純水參比槽10及被測樣品槽9依次定位於樣品檢測光路上，並相應生成純水參比光譜和被測樣品光譜，然後送入數據處理及控制單元3進行計算，以獲取被測水樣中特定化合物的有效光譜信號。
【專利說明】一種用於水質分析儀表的移動式參比光路裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種參比光路裝置，特別是一種用於水質光學分析儀表的光路參比裝置。
【背景技術】
[0002]所述水質光學分析儀表被廣泛用於測量水體中特定化合物(通常為有機物)的濃度，其工作機制是利用紫外一可見(UV)波段(200-800nm)的連續光譜光束照射水體時，其能量會被其中各種有機物分子選擇性吸收的原理，通過測量水樣的UV吸收光譜強度、螢光發射強度或拉曼散射光譜強度，再由複雜的數學模型計算獲得水樣中有機物綜合指標的測量值。在這種工作原理的測量裝置中，除了光源、光敏傳感器、水樣採樣裝置等物理光學檢測設備和嵌入式計算機數據處理單元外，排除了所有化學反應過程，因此不再需要任何化學反應設備，從而從性能上克服了傳統的水質化學分析儀表的一系列缺陷，具有分析速度快(一般為IOOmin數量級)、無試劑(及其可能帶來的試劑排放造成的二次環境汙染)、設備結構簡單、免維護、設備安裝所需場地環境要求較低，設備建設投資和設備維護成本均較低的優點，因而特別適用於無人值守的大範圍在線水質分析、環境汙染監測。中國發明專利CN101275905A《一種多源光譜融合可攜式水質分析儀》給出了此類水質光學分析儀表的一個典型實例。
[0003]在此類儀表的使用過程中，光電器件的性能漂移(如儀表光源隨使用時間延長而發光強度衰減，以及光敏傳感器在工作過程中由於溫度變化產生的基線漂移)，是導致儀表測量精度下降的主要幹擾因素。因此，如何減小和消除由於上述幹擾因素造成的測量誤差，是保證水質光學分析儀表在長期使用過程中的測量精度的關鍵技術之一。
[0004]中國發明專利CN101539521A《一種帶有光纖參比光路的恆溫螢光檢測儀》給出了一種採用光學狹縫、光束分束板和光電倍增管的參比光路實現方法，以消除光源瞬時抖動和光強衰減對檢測結果的幹擾。但光學狹縫和光束分束板均會顯著削弱水樣入射光的能量密度，導致在弱信號條件下的測量結果信噪比顯著下降，如需提高信噪比則需採用大功率的光源；而為放大微弱信號採用光電倍增管，則不能給出測量結果的光譜分布曲線，此外光電倍增管作為光敏傳感器在工作過程中的基線漂移誤差無法通過該方法消除。因此上述方法存在局限性。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是針對現有技術在實現參比光路時測量信號強度削弱過多、信噪比降低的問題，而提供一種新的參比光路結構。其特點是採用雙槽移動式樣品池設計，在水樣測量過程中依次獲取水樣光譜信號和參比光譜信號，然後通過計算消除被測水樣入射光強度波動對測量結果的幹擾。本發明無需藉助光學狹縫和光束分束板凳光學器件來獲取參比信號，在消除由於光電器件的性能漂移造成的測量誤差時不影響測量結果的信噪比，並可廣泛適用於水樣的連續光譜分布曲線的獲取。[0006]在現有的水樣中有機物濃度的光學分析過程中，為了消除水分子本身的光譜對水樣中特定化合物光譜有效信號的幹擾，通常均需在儀表運行前使用純水水樣進行「零點校正」，即保存該純水水樣的測量光譜，以便在後續的水樣光譜測量過程中，通過計算扣除純水光譜的影響，獲取水樣中特定化合物的有效光譜信號。
[0007]根據水質光學分析儀表的上述工作機制，本發明的技術方案是:將儀表的樣品池部件設計為雙槽移動式結構，其中一個樣品槽用於存放可更換的被測樣品，另一個樣品操用於存放永久性封存的純水參比樣品；樣品池部件整體可在控制器指令下通過電力驅動相對於光源和光敏傳感器做往復運動，依次將被測樣品和純水參比樣品定位在由光源和光敏傳感器組成的光學測量通道上。
[0008]水質光學分析儀表每次進行樣品測量時，其內部的控制器首先指令移動式樣品池部件將純水參比樣品定位於測量光路上，並獲取純水參比光譜；然後指令移動式樣品池部件將被測樣品定位於測量光路，獲取被測水樣光譜。最後在上述光譜獲取結果的基礎上，通過計算扣除純水光譜的影響，獲取水樣中特定化合物的有效光譜信號。
[0009]由於儀表每次測量時，通過移動式樣品池依次獲取純水參比光譜和被測樣品光譜的間隔時間很短(通常在KT1 一 IOtlS數量級)，因此可將在此間隔時間內的光源和光敏傳感器等光電器件的性能漂移增量視為零。從而當通過計算，從被測樣品光譜中扣除純水光譜的影響時，由於光電器件性能漂移造成的純水參比光譜測量誤差和被測樣品光譜測量誤差互相抵消，因此有效降低和消除了光電器件性能漂移對水樣中特定化合物的有效光譜信號的影響。
[0010]本發明在實現時未改變水質光學分析儀表原有的光電器件類型和光譜產生機制，因此在消除光電器件性能漂移的影響時，不改變被測水樣中特定化合物有效光譜信號的信噪比，也不改變由原有光電器件類型決定的被測水樣中特定化合物有效光譜信號類型，因此可用於各種水質光學分析儀表的光電器件性能漂移誤差消除。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為水質分析儀表移動式參比光路裝置示意圖。
[0012]圖2為參比光路裝置A— A剖視圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1至圖2所示，一種用於水質分析儀表的移動式參比光路裝置，由雙槽樣品池
1、樣品池驅動裝置2、數據處理及控制單元3，以及由光源4、光纖5、光源入射窗口 6、光譜檢測窗口 7和光敏傳感器8組成的樣品檢測光路所構成。其中雙槽樣品池I由被測樣品槽9和純水參比槽10組成，分別放置被測樣品和參比純水樣品；樣品池驅動裝置2包括驅動電機11、連接在雙槽樣品池I底部的齒條12和連接在驅動電機11轉軸上的驅動齒輪13。樣品檢測光路及驅動電機11與樣品池基座14固連，而雙槽樣品池I可在樣品池驅動裝直2的驅動下沿樣品池基座14上的滑槽15往復移動。
[0014]儀表啟動一次樣品測量過程時，數據處理及控制單元3首先發出指令驅動樣品池驅動裝置2將雙槽樣品池I中的純水參比槽10定位於樣品檢測光路上，並生成純水參比光譜；然後再次發出指令驅動樣品池驅動裝置2將雙槽樣品池I中的被測樣品槽9定位於樣品檢測光路上，並生成被測樣品光譜。依次生成的純水參比光譜信號和被測樣品光譜信號最後被送入數據處理及控制單元3進行計算，以獲取被測水樣中特定化合物的有效光譜信號。
【權利要求】
1.一種用於水質光學分析儀表的光路參比裝置，由雙槽樣品池1、樣品池驅動裝置2、數據處理及控制單元3，以及樣品檢測光路所構成，其特徵在於雙槽樣品池I由被測樣品槽9和純水參比槽10組成，分別放置被測樣品和參比純水樣品。
2.根據權利要求1所述的用於水質光學分析儀表的光路參比裝置，其特徵在於雙槽樣品池I可在樣品池驅動裝置2的驅動下沿樣品池基座14上的滑槽15往復移動。
3.根據權利要求1所述的用於水質光學分析儀表的光路參比裝置，其特徵在於儀表啟動一次樣品測量過程時，數據處理及控制單元3發出指令驅動樣品池驅動裝置2將雙槽樣品池I中的純水參比槽10及被測樣品槽9依次定位於樣品檢測光路上，並相應生成純水參比光譜和被測樣品光譜，然後送入數據處理及控制單元3進行計算，以獲取被測水樣中特定化合物的有效光譜信號。
【文檔編號】G01N21/25GK103630497SQ201210297353
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月21日 優先權日:2012年8月21日
【發明者】李宏, 吳鐵軍 申請人:杭州希瑪諾光電技術有限公司