一种水环境在线监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水环境在线监测装置及方法，包括激发光源、光纤环形器和信号探测接收设备，所述激发光源通过传输光纤与光纤环形器连通，所述光纤环形器后侧通过第一输出光纤连接有真空腔，所述真空腔后侧设有空心光子晶体光纤，所述信号探测接收设备通过第二输出光纤与光纤环形器连通，本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术结构新颖，该系统为全光纤结构，简单轻便免维护，适合于各种应用场合，且检测灵敏度较高，同时还可以监测多种数据，适合于痕量检测也适用于高浓度的检测。包含真空腔和光子晶体光纤的探测头可置于监测现场，然后通过光纤将信号传输至室内进行采集与分析，因而可以有效的进行在线监测，而且监测效率高。

An on-line monitoring device and method for water environment

The invention discloses a water environment monitoring device and method, including the excitation light source, optical fiber circulator and detection signal receiving device, the excitation light transmitted through the optical fiber connected with the optical circulator, the optical circulator is connected with the rear cavity really through the first output fiber, a back side is provided with a hollow core photonic crystal cavity optical fiber, the signal receiving device detection through second output optical fiber connected with the optical circulator, the beneficial effects of the invention are: novel structure, the system is all fiber structure, simple maintenance, suitable for a variety of applications, and high sensitivity, but also can monitor a variety of data, suitable for detection trace detection is also suitable for high concentration. The detection head including vacuum chamber and photonic crystal fiber can be placed in the monitoring site, and then the signal is transmitted to indoor through the optical fiber to collect and analyze, so it can be effectively on-line monitored and the monitoring efficiency is high.

【技术实现步骤摘要】
一种水环境在线监测装置及方法
本专利技术涉及水环境监测
，具体是一种水环境在线监测装置及方法。
技术介绍
水是人类赖以生存的基本要素，水质环境的安全对整个人类的生存和发展至关重要。随着现代社会、工业、经济的快速发展，各种工农业污染事件不断，水污染问题引起了全社会广泛关注，而水质监测可以提供水质信息，是水环境保护和污染治理的重要环节，因此实现水环境的快速自动在线监测具有非常重要的意义。水质监测的传统方法有电化学方法，气相色谱法，原子吸收光谱分析法，以及分光光度法等。电化学方法主要是利用物质的电化学性质测定待测物质的成分和含量，需要对待测样品进行取样分析，且采用化学方法容易对水环境产生二次污染，因而并不适用于水环境的在线监测；气相色谱法根据物质的物理特性进行分析，不会对水环境产生污染，但是该方法能够分析的污染物种类较少，并且结构复杂，不适用于水环境的多参数在线监测；原子吸收光谱分析法，通过选择合适的光源波长，测得原子的特征吸收波长确定污染物种类，根据吸收光谱的吸收程度确定污染物的浓度，该方法局限性较大，需要根据不同污染物选择特定的光源，无法实现多参数同时监测；分光光度法是根据物质对光的选择性吸收来实现污染物的检测，是目前水质监测最普遍的方法，可以测量的污染物种类多样，但是当污染物浓度较高时，由于物质吸收谱线的重叠，会得出错误的测量数据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种水环境在线监测装置及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种激发光源、光纤环形器和信号探测接收设备，所述激发光源通过传输光纤与光纤环形器连通，所述光纤环形器后侧通过第一输出光纤连接有真空腔，所述真空腔后侧设有空心光子晶体光纤，所述信号探测接收设备通过第二输出光纤与光纤环形器连通。作为本专利技术进一步的方案：所述激发光源为激光器结构，所述激光器包括但不限于高功率多波长激光器。作为本专利技术进一步的方案：所述传输光纤与光纤环形器一端口连通，所述第一输出光纤与光纤环形器二端口连通，所述第二输出光纤与光纤环形器三端口连通。作为本专利技术进一步的方案：所述真空腔一侧设有阀门，所述阀门通过管道连接有气泵。作为本专利技术进一步的方案：所述信号探测收集系统内包括光谱接收设备、探测器和检测终端，所述光谱接收设备通过第二传输光纤与光纤环形器连通，所述光谱接收设备、探测器和检测终端之间通过网络连接。作为本专利技术进一步的方案：所述监测方法包括以下步骤；1)通过真空腔为空心光子晶体光纤两端建立压力差，使待测溶液进入空心光子晶体光纤内形成监测样品。2)启动激发光源，并通过传输光纤、光纤环形器、第一输出光纤将激发光传输到空心光子晶体光纤内。3)激发光与待测溶液在空心光子晶体光纤中相互作用并产生拉曼散射。4)散射光波通过第一传输光纤、光纤环形器、第二输出光纤进而信号探测收集系统内。5)通过信号探测收集系统对拉曼散射形成的光波进行探测收集并通过单色仪分析得出对应的光谱，然后将单色仪监测到的光谱与标准拉曼散射光谱进行比对进而得出待测溶液成分及浓度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术结构新颖，采用空心光子晶体光纤作为样品池，采用光纤作为光的传输介质，同时采用光纤环形器件作为分光元件，因而该系统为全光纤结构，简单轻便免维护，适合于各种应用场合，且检测灵敏度较高，同时还可以监测多种数据，适合于痕量检测也适用于高浓度的检测。包含真空腔和光子晶体光纤的探测头可置于监测现场，然后通过光纤将信号传输至室内进行采集与分析，因而可以有效的进行在线监测，而且监测效率高。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的原理示意图。图中：1-激发光源、2-光纤环形器、3-真空腔、4-空心光子晶体光纤、5-光谱接收设备、6-传输光纤、7-第一输出光纤、8-第二输出光纤、9-阀门、10-气泵、11-探测器、12-监测终端、13-溶液池、14-信号探测收集系统。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-2，本专利技术实施例中，一种水环境在线监测装置及方法，包括激发光源1、光纤环形器2和信号探测接收设备14，激发光源1通过传输光纤6与光纤环形器2的1端口连通，使光源通过光纤环形器2的1端口输入，真空腔3通过第一输出光纤7与光纤环形器2的2端口连通，真空腔3后侧设有空心光子晶体光纤4，第一输出光纤7和空心光子晶体光纤4均通过真空胶固定在真空腔3内，同时第一输出光纤7和空心光子晶体光纤4在真空腔3内进行纤芯耦合，且耦合效率大于90%，真空腔3一侧设有阀门9，阀门9通过管道连接有气泵10，气泵10优选真空泵，光谱接收设备5通过第二传输光纤8与光纤环形器2的3端口连通，光谱接收设备5、探测器11和检测终端12之间通过网络连接。本专利技术结构新颖，运行稳定，本专利技术在使用时，首先将空心光子晶体光纤4放置到溶液池13内，使得空心光子晶体光纤4端部与待测溶液进行充分接触，同时启动气泵10，通过气泵10来维持真空腔3内的真空环境，在空心光子晶体光纤4两端压力差的作用下，使得待测溶液进入到空心光子晶体光纤4内，进而形成光纤样品池，然后启动激发光源1，通过激发器发出一定频率的光源，然后将光源通过传输光纤6传输到光纤环形器2内，再通过光纤环形器2的单向通导作用将光源传输到第一输出光纤7内，由于在真空腔3内第一输出光纤7和空心光子晶体光纤4之间进行纤芯耦合，进而使得光源进入到空心光子晶体光纤4，进而使进入空心光子晶体光纤4内的光源与空心光子晶体光纤4内的待测溶液相互作用并产生拉曼散射，散射产生的光波通过第一输出光纤7传输到光纤环形器2内，然后通过第二输出光纤8传输到光谱接收设备5内，进而通过探测器11对散射波信号进行探测收集并通过单色机监测处拉曼散射光波的对应光谱，然后再通过监测终端12对监测的光谱与标准拉曼散射光谱进行比对，进而可以得出待测溶液的成分及浓度，在具体使用的过程中，可以将由空心光子晶体光纤4和真空腔3组成的探测头和光源及探测收集系统均放置在监测现场进行监测，也可只将探测头放置在监测现场，然后将监测信号传输到室内进采集和分析，另一方面，密封真空腔3除了能够保证正向的压力差，使得待测水质进入空心光子晶体光纤4内部，同时也能够通过向腔内充高压气体使得光子晶体光纤4两端成反向的压力差，从而将待测样品排出光子晶体光纤4，达到空心光子晶体光纤4样品池的清洗，以便用于不同时间不同水质的检测。对于本领域技术人员而言，显然本专利技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本专利技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本专利技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本专利技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本专利技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水环境在线监测装置，包括激发光源(1)、光纤环形器(2)和信号探测接收设备(14)，其特征在于，所述激发光源(1)通过传输光纤(6)与光纤环形器(2)连通，所述光纤环形器(2)后侧通过第一输出光纤(7)连接有真空腔(3)，所述真空腔(3)后侧设有空心光子晶体光纤(4)，所述信号探测接收设备(14)通过第二输出光纤(8)与光纤环形器(2)连通。

【技术特征摘要】
1.一种水环境在线监测装置，包括激发光源(1)、光纤环形器(2)和信号探测接收设备(14)，其特征在于，所述激发光源(1)通过传输光纤(6)与光纤环形器(2)连通，所述光纤环形器(2)后侧通过第一输出光纤(7)连接有真空腔(3)，所述真空腔(3)后侧设有空心光子晶体光纤(4)，所述信号探测接收设备(14)通过第二输出光纤(8)与光纤环形器(2)连通。2.根据权利要求1所述的一种水环境在线监测装置及方法，其特征在于，所述激发光源(1)为激光器结构，所述激光器包括但不限于高功率多波长激光器。3.根据权利要求1所述的一种水环境在线监测装置及方法，其特征在于，所述传输光纤(6)与光纤环形器(2)一端口连通，所述第一输出光纤(7)与光纤环形器(2)二端口连通，所述第二输出光纤(8)与光纤环形器(2)三端口连通。4.根据权利要求1所述的一种水环境在线监测装置及方法，其特征在于，所述真空腔(3)一侧设有阀门(9)，所述阀门(9)通过管道连接有气泵(10)。5.根据权利要求1所述的一种水环境在线监测装置及方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文彩，陈坚，
申请(专利权)人：合肥利弗莫尔仪器科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34