一种水质变化检测光学传感器系统及应用技术方案

本发明专利技术公开了一种水质变化检测光学传感器系统，包括主机和检测光纤探头；所述主机包括光源、设置在光路上的分光镜、光电检测器、信号处理器及信号发射器；所述检测光纤探头包括污水检测光纤和净水检测光纤，以及分别对应设置的污水端反射镜和净水端反射镜，待检测污水和净水分别设置在污水检测光纤和污水端反射镜、净水检测光纤和净水端反射镜之间；光源发出的光束经分光镜被平分为光强相等的两束光，分别送达污水检测光纤和净水检测光纤，然后通过待测水体的光被污水端反射镜和净水端反射镜反射并送达光电检测器，经信号处理器处理后的检测信号由信号发射器发射到计算机系统进行处理分析。行处理分析。行处理分析。

【技术实现步骤摘要】
一种水质变化检测光学传感器系统及应用


[0001]本专利技术属于污水检测设备
，具体涉及一种水质变化检测光学传感器系统及应用。

技术介绍

[0002]随着广大农村经济生活水平的提高，持续增长的污水排放对人民群众的身体健康产生越来越严重的危害，因此农村污水的处理越来越受到重视。然而，由于农村人口居住分散，污水处理设施规模小且地处相对偏远，因此污水处理设施的运维成本高昂，严重影响了污水处理设施的有效运行。因此，实现对污水处理设施运行正常与否的实时在线监测，对于降低运维成本及提高污水处理设施的运行效率，具有重要意义。污水处理设施运行正常与否可以通过对水质的实时在线监测来实现，监测的参数通常包括生化需氧量(COD)、浊度及电导率。目前水质在线监测设备市场上的产品相对来说已经比较成熟，这些国外公司的水质传感器虽然性能较好，但价格昂贵，不可能广泛应用于农村污水处理设施。
[0003]当前，污水处理前后的水质监测主要通过水质在线COD分析仪和浊度仪来实现。常用的代表仪器有美国HACH的UVAS eco sc紫外吸收在线分析仪和Surface Scatter 7sc高量程在线浊度仪。美国水质仪器UVAS eco sc哈希紫外吸收在线分析仪采用水体潜入式安装，采用254nm紫外光作为检测光源、550nm波长光作为补偿光，可以高精度测量水体中COD；Surface Scatter 7sc高量程在线浊度仪基于光的散射原理，采用水泵取水方式进行检测。但这两款仪器均结构复杂，价格昂贵，且都对电源、通信及安装场地等相关配套条件要求较高，难以大规模推广应用。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种水质变化检测光学传感器系统及应用，通过测量污水及洁净水在紫外波长254nm处的吸收强度差值，采用朗伯比尔定律计算出污水处理前后有机物及悬浮物含量的变化，实现污水处理设施运行正常与否的实时在线监测。
[0005]具体的，本专利技术提供下述方案：一种水质变化检测光学传感器系统，包括主机和检测光纤探头；所述主机包括：光源、设置在光路上的分光镜、光电检测器、信号处理器及信号发射器；
[0006]所述检测光纤探头包括污水检测光纤和净水检测光纤，以及分别对应设置的污水端反射镜和净水端反射镜，待检测污水和净水分别设置在所述污水检测光纤和污水端反射镜、所述净水检测光纤和净水端反射镜之间；
[0007]所述光源发出的光束经分光镜被平分为光强相等的两束光，分别送达污水检测光纤和净水检测光纤，然后通过待测水体的光被污水端反射镜和净水端反射镜反射并送达光电检测器，经信号处理器处理后的检测信号由信号发射器发射到计算机系统进行处理分析。
[0008]根据本专利技术的实施方案，所述污水检测光纤和净水检测光纤靠近污水端反射镜和
净水端反射镜反射的一端均设置有至少一个准直镜，光源送达的光波经出口准直镜变成平行光束后通过待测水体，经污水端反射镜和净水端反射镜反射，再次通过待测水体后经污水检测光纤和净水检测光纤送达光电检测器。
[0009]根据本专利技术的实施方案，所述主机还包括第一反射镜，所述光源发出的光束经分光镜分成两束光后，一束送达污水检测光纤，另一束经第一反射镜反射后到达净水检测光纤。
[0010]根据本专利技术的实施方案，所述主机还包括设置在光路上的旋转遮光板，所述旋转遮光板配置为控制污水检测通道和净化水检测通道的开关选择。
[0011]根据本专利技术的实施方案，所述主机上还设有与污水检测光纤和净化水检测光纤连接的标准光纤接口。
[0012]根据本专利技术的实施方案，所述光源为254nm LED光源。
[0013]根据本专利技术的实施方案，所述光电检测器为光电检测二极管、PMT；检测光纤探头的光程1～20mm可调。
[0014]根据本专利技术的实施方案，还包括传感器配套软件系统，具有进水口和出水口粗略COD分别检测功能，能够检测数据并以数字及曲线形式输出，通过逻辑运算判断设施运行正常与否。
[0015]根据本专利技术的实施方案，传感器配套软件系统通过分析计算污水检测通道光强I1与净水检测通道光强I2的比值ΔCOD
∝
ΔA＝k
·
I2/I1，实现对污水处理设施运行正常与否的实时在线监测。
[0016]本专利技术还提供了一种水质变化检测光学传感器系统在污水处理设施运行的实时在线监测中的应用。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]1)本专利技术针对适用于村镇污水处理设施运行实时在线监测的低成本传感器的需求，通过测量污水及洁净水在紫外波长254nm处的吸收强度差值，采用朗伯比尔定律计算出污水处理前后有机物及悬浮物(即COD和浊度)含量的变化，在不需要精确测出污水处理前后有机物及悬浮物浓度值的情况下，实现污水处理设施运行正常与否的实时在线监测。当污水处理前后有机物及悬浮物含量的变化大于20mg时，则表明水处理设施运行正常，如果变化小于20mg，则说明水处理设施运行不正常，需要维护。
[0019]2)优化了传感器光路设计，简化传感器结构，消除电源的波动、元气件老化等因素可能对测量结果的干扰，提高了测量精度及可靠性，同时降低了仪器成本。
[0020]3)同光源、双光束光强差量传感检测原理直接实现对污水处理设施运行正常与否的实时在线监测，降低了对光源、光学调制器件及光电检测器等仪器关键核心器件性能的要求，大幅降低了单机成本。
[0021]4)优化设计的光程可调(1～20mm)光纤检测探头，光纤检测探头的简化设计，探头光窗的抗污染处理，极大的提高了其复杂环境的应用能力，并可以免除检测探头的繁琐维护。
[0022]5)对传感器配套软件系统要求低，传感器的配套软件系统简单具有进水口和出水口粗略化学需氧量(COD)分别检测功能，检测数据以数字及曲线形式输出功能，及具有通过逻辑运算判断设施运行正常与否的功能即可。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的水质变化检测光学传感器系统的结构及检测原理示意图。
具体实施方式
[0024]下文将结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本专利技术，而不应被解释为对本专利技术保护范围的限制。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均涵盖在本专利技术旨在保护的范围内。
[0025]除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
[0026]如图1所示，本专利技术提供了一种水质变化检测光学传感器系统，包括主机和检测光纤探头；所述主机包括光源1、设置在光路上的分光镜2、第一反射镜12，光电检测器5、信号处理器6及信号发射器7。
[0027]其中，所述检测光纤探头20包括污水检测光纤8和净水检测光纤9，以及分别对应设置的污水端反射镜3和净水端反射镜4，待检测污水和净水分别设置在污水检测光纤8和污水端反射镜3、净水检测光纤9和净水端反射镜4之间。污水检测光纤8和净水检测光纤9靠近污水端反射镜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水质变化检测光学传感器系统，其特征在于，包括主机(10)和检测光纤探头(20)；所述主机包括：光源(1)、设置在光路上的分光镜(2)、光电检测器(5)、信号处理器(6)及信号发射器(7)；所述检测光纤探头(20)包括污水检测光纤(8)和净水检测光纤(9)，以及分别对应设置的污水端反射镜(3)和净水端反射镜(4)，待检测污水和净水分别设置在所述污水检测光纤(8)和污水端反射镜(3)、所述净水检测光纤(9)和净水端反射镜(4)之间；所述光源发出的光束经分光镜(1)被平分为光强相等的两束光，分别送达污水检测光纤(8)和净水检测光纤(9)，然后通过待测水体的光被污水端反射镜(3)和净水端反射镜(4)反射并送达光电检测器，经信号处理器处理后的检测信号由信号发射器发射到计算机系统进行处理分析。2.根据权利要求1所述的水质变化检测光学传感器系统，其特征在于，所述污水检测光纤(8)和净水检测光纤(9)靠近污水端反射镜(3)和净水端反射镜(4)反射的一端均设置有至少一个准直镜，光源送达的光波经出口准直镜变成平行光束后通过待测水体，经污水端反射镜(3)和净水端反射镜(4)反射，再次通过待测水体后经污水检测光纤(8)和净水检测光纤(9)送达光电检测器。3.根据权利要求1所述的水质变化检测光学传感器系统，其特征在于，所述主机还包括第一反射镜(12)，所述光源发出的光束经分光镜(1)分成两束光后，一束送达污水检测光纤(8)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋健晖，李继山，龚继来，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：