水质分析仪制造技术

本发明专利技术涉及一种水质分析仪，包括：宽谱光源；分光单元，包括N

【技术实现步骤摘要】
水质分析仪


[0001]本专利技术属于水质检测分析
，具体涉及一种水质分析仪。

技术介绍

[0002]基于UV
‑
Vis光谱法的水质监测技术，因其非接触、耐腐蚀、响应快等优点，广泛应用在工业污水、河流、生活污水等监测领域，其原理是利用紫外
‑
可见光谱对水质污染物进行特征吸收识别的指纹图谱分析。
[0003]现有水质分析仪的光源主要采用氘灯与钨灯组合或闪烁氙灯，并通过宽带光谱仪进行吸收信号提取，但在实际检测分析过程中，存在如下不足之处：一、光源作为核心部件，存在供电后稳定时间长（约8
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15min）、高温辐射光源使用寿命短、功率高等缺点；二、光源因长期工作导致的输出光强衰减或视窗受水质污染导致接收光能量衰减，均会导致测量精度偏差；三、光源、宽带光谱仪因长期工作会导致光谱偏移，会导致测量误差大，甚至误测；四、光源、耦合光纤元件、光纤和光谱仪等组成系统体积过大，成本高，不能满足当前分布节点式水质监测预测水质变化趋势的需求。

技术实现思路

[0004]基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本专利技术的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本专利技术的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种水质分析仪。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种水质分析仪，包括：宽谱光源；分光单元，包括N
‑
1个分束镜和一个反射镜，用于将宽谱光源的紫外和可见光谱分为N个离散带；其中，N为大于1的整数；探测器单元，包括N个窄带滤光片和光电探测器，窄带滤光片的吸收波长与离散带一一对应；检测池，分布于宽谱光源与探测器单元之间；三通阀，其三个接口分别与纯净水样流路、待测水样流路和检测池连接；信号分析单元，用于根据光电探测器的光电信号进行光谱分析得到光强数据，并利用纯净水样的光强数据对待测水样的光强数据进行校正，以得到待测水样的水质参数的浓度。
[0006]作为优选方案，所述宽谱光源为LED光源组合。
[0007]作为优选方案，所述LED光源组合包括M个LED光源和多面反射锥，M为大于1的整数；多面反射锥用于将M个LED光源发射的光进行合束，得到一束光；
其中，LED光源的数量根据待测水样中所需检测的水质参数的个数确定。
[0008]作为优选方案，所述宽谱光源为氙灯。
[0009]作为优选方案，水质分析仪，还包括：控制单元，用于控制三通阀切换纯净水样流路或待测水样流路与检测池连通。
[0010]作为优选方案，水质分析仪，还包括采样泵，采样泵与检测池连通，且沿水样进液方向位于检测池的下游以进行上采样；其中，采样泵与控制单元控制连接。
[0011]作为优选方案，所述根据光电探测器的光电信号进行光谱分析得到光强数据，其过程包括：控制三通阀切换至纯净水样流路与检测池连通以进行纯净水样采样，得到纯净水样对应不同波长的光强数据向量；之后控制三通阀切换至待测水样流路与检测池连通以进行待测水样采样，得到待测水样对应不同波长的光强数据向量。
[0012]作为优选方案，所述利用纯净水样的光强数据对待测水样的光强数据进行校正，包括：将纯净水样对应不同波长的光强数据向量与预存的不同波长的基准光强数据向量进行互相关计算，得到光强数据向量的偏移量；根据光强数据向量的偏移量进行光谱校准及光强调节，得到校正光谱函数；基于待测水样对应不同波长的光强数据向量，提取对水质无吸收的光强数据，并根据校正光谱函数进行拟合，得到不同波长的补偿光强系数；基于待测水样对应不同波长的光强数据向量，提取对水质吸收的光强数据，并根据不同波长的补偿光强系数对其进行校正，得到待测水样对应不同波长的吸光度；根据待测水样对应不同波长的吸光度得到待测水样的水质参数的浓度。
[0013]作为优选方案，所述纯净水样对应不同波长的光强数据向量为：；其中，分别为第k个窄带滤光片的吸收波长和预设波长偏差值，k∈[1，N]；预存的不同波长的基准光强数据向量为：；互相关计算为：；其中，为波长偏移量；取互相关计算结果中幅值最大点对应的波长偏移量，作为光强数据向量的偏移量；校正光谱函数为：；待测水样对应不同波长的光强数据向量为：；
对水质无吸收的光强数据为：；其中，Q
j
∈[1，N]，j∈[1，P]，P为对水质无吸收的光强数据的总数；基于对水质无吸收的光强数据z1，根据校正光谱函数进行拟合得到不同波长的补偿光强系数；对水质吸收的光强数据z2为光强数据向量z(k)与对水质无吸收的光强数据z1的差集：；其中，K
i
∈[1，N]，i∈[1，L]，L为对水质吸收的光强数据的总数；待测水样对应不同波长的吸光度为：；其中，为波长对应的补偿光强系数。
[0014]作为优选方案，所述水质参数包括硝酸盐、亚硝酸盐、溶解性化学需氧量、总化学需氧量、总悬浮固体、叶绿素a、浊度中的至少一种。
[0015]本专利技术与现有技术相比，有益效果是：（1）本专利技术利用纯净水样的光强数据对待测水样的光强数据进行校正，能够消除由视窗污染或光源老化导致的光谱信号衰减；（2）本专利技术利用纯净水样对应不同波长的光强数据向量与预存的不同波长的基准光强数据向量进行互相关计算得到的光强数据向量的偏移量进行光谱校准及光强调节，能够解决光谱偏移导致测量误差大的缺陷；（3）本专利技术的宽谱光源采用LED光源组合，光源稳定，且使用寿命较长；（4）本专利技术采用上采样方式，能够消除检测池中空气气泡和杂质对测量光散射的影响；（5）本专利技术的硬件构架简单，且成本低，适用于分布节点式水质监测。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例1的水质分析仪的组成构架图。
具体实施方式
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
[0018]实施例1：
如图1所示，本实施例的水质分析仪包括宽谱光源1、检测池2、三通阀3、采样泵4、纯净水样流路5、待测水样流路6、分光单元7、探测器单元8、信号分析单元9和控制单元10。
[0019]本实施例的水质分析仪用于分析水质中的硝酸盐（NO3‑
）、亚硝酸盐（NO2‑
）、溶解性化学需氧量（可溶性COD）、总化学需氧量（总COD）、总悬浮固体（TSS）。
[0020]具体地，宽谱光源1包括五种不同的LED光源，其中三种LED光源的紫外波段分别为210nm、254nm、345nm，其余两种LED光源的可见光波段分别为550nm、650nm；并采用五面反射锥作为合束器形成一束光，出射至分光单元7。其中，LED光源的数量根据待测水样中所需检测的水质参数的个数确定，即LED光源的数量不小于待测水样中所需检测的水质参数的个数。本实施例以210nm、254nm、345nm、550n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水质分析仪，其特征在于，包括：宽谱光源；分光单元，包括N
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1个分束镜和一个反射镜，用于将宽谱光源的紫外和可见光谱分为N个离散带；其中，N为大于1的整数；探测器单元，包括N个窄带滤光片和光电探测器，窄带滤光片的吸收波长与离散带一一对应；检测池，分布于宽谱光源与探测器单元之间；三通阀，其三个接口分别与纯净水样流路、待测水样流路和检测池连接；信号分析单元，用于根据光电探测器的光电信号进行光谱分析得到光强数据，并利用纯净水样的光强数据对待测水样的光强数据进行校正，以得到待测水样的水质参数的浓度。2.根据权利要求1所述的水质分析仪，其特征在于，所述宽谱光源为LED光源组合。3.根据权利要求2所述的水质分析仪，其特征在于，所述LED光源组合包括M个LED光源和多面反射锥，M为大于1的整数；多面反射锥用于将M个LED光源发射的光进行合束，得到一束光；其中，LED光源的数量根据待测水样中所需检测的水质参数的个数确定。4.根据权利要求1所述的水质分析仪，其特征在于，所述宽谱光源为氙灯。5.根据权利要求1所述的水质分析仪，其特征在于，还包括：控制单元，用于控制三通阀切换纯净水样流路或待测水样流路与检测池连通。6.根据权利要求5所述的水质分析仪，其特征在于，还包括采样泵，采样泵与检测池连通，且沿水样进液方向位于检测池的下游以进行上采样；其中，采样泵与控制单元控制连接。7.根据权利要求5所述的水质分析仪，其特征在于，所述根据光电探测器的光电信号进行光谱分析得到光强数据，其过程包括：控制三通阀切换至纯净水样流路与检测池连通以进行纯净水样采样，得到纯净水样对应不同波长的光强数据向量；之后控制三通阀切换至待测水样流路与检测池连通以进行待测水样采样，得到待测水样对应不同波长的光强数据向量。8.根据权利要求7所述的水质分析仪，其特征在于，所述利用纯净水样的光强数...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱梦春，屈颖，汪鲁见，周城，许涛，周磊，陈红，王超，温作乐，于志伟，唐怀武，
申请(专利权)人：杭州泽天春来科技有限公司，
类型：发明
国别省市：