[发明专利]一种基于锁相放大技术的水质分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种水质分析仪，属于水质分析领域。

背景技术

水质分析仪是对水中的有害物质进行分析的仪器。基于朗伯比尔吸收定律的光谱分析法作为一种新兴的水质分析方法，发展迅速。现有的基于朗伯比尔吸收定律的水质分析仪采用宽谱卤素灯作为检测光源，通过分光片和滤光片处理光信号，实现对多参数水质的分析。该类水质分析仪因采用宽谱卤素灯作为检测光源，体积大、功耗大。此外，该类设备因信噪比低，无法实现高精度的水质分析。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的基于朗伯比尔吸收定律的水质分析仪体积大、功耗大和分析精度低的问题，提出一种基于锁相放大技术的水质分析仪。

本发明所述的一种基于锁相放大技术的水质分析仪，它包括频率调制电路阵列1、LED阵列2、光束调节模块3、水样室4、测温模块5、光电转换模块6、锁相解调阵列7、数据处理模块8和显示模块9；

频率调制电路阵列1包括多个并联的频率调制电路10，任意两个频率调制电路10的调制频率不同，每个频率调制电路10包括依次串联的频率调制激励单元、放大偏置单元和波形发生单元；

LED阵列2包括多个并联的LED11，任意两个LED11的发光波长不同，所述发光波长的范围为180nm至1200nm；

频率调制电路10的数量等于LED11的数量，多个频率调制电路10分别用于恒流驱动多个LED11；

水样室4用于存放待分析的水样；

多个LED11发出的多束光波被光束调节模块3耦合为一束光波，并垂直射入水样室4；

射入水样室4的光波经水样的透射，射入光电转换模块6；

光电转换模块6用于将射入的光波转换为电信号；

锁相解调阵列7包括多个并联的锁相解调电路12，多个锁相解调电路12的解调频率分别与多个频率调制电路10的调制频率相同，每个锁相解调电路12包括依次串联的前置放大单元、带通滤波单元、锁相放大单元和低通滤波单元；

多个锁相解调电路12用于将所述电信号分为多个电信号；

频率调制激励单元通过移相单元与低通滤波单元串联；

数据处理模块8包括物质浓度处理单元15和补偿单元16，物质浓度处理单元15用于将所述的多个电信号从模拟信号转换为数字信号，采集该数字信号，并通过预设的基于朗伯比尔吸收定律的算法，得出水样中待测物质的浓度，补偿单元16用于实现光强和温度的零点自动补偿；

测温模块5用于检测水样的温度，并将实时的水温数据发送至补偿单元16；

显示模块9为LCD，用于显示水样中待测物质的浓度。

每个频率调制电路10的调制频率的范围为10KHZ至40KHZ；

预设的基于朗伯比尔吸收定律的算法为公式(2)；

根据朗伯比尔吸收定律有公式(1)：

I＝I_oe^-a(ν)CL≈I_o[1-a(ν)CL] (1)；

其中，I为入射水样室的光的强度；

I_o为出射水样室的光的强度；

e为自然常数；

a(ν)为待测物质在频率ν时的吸收系数；

L为吸收路径的长度；

C为待测物质的浓度；

根据公式(1)，得出公式(2)：

本发明所述的一种基于锁相放大技术的水质分析仪，采用LED作为检测光源，具有体积小和功耗小的优点，通过锁相解调阵列对电信号进行锁相放大，增大了信号的强度，提高了信噪比，分析精度高。

附图说明

图1为实施方式一所述的一种基于锁相放大技术的水质分析仪的结构示意图；

图2为实施方式四中波形发生单元的电路原理图；

图3为实施方式五中锁相放大单元的电路原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于锁相放大技术的水质分析仪，它包括频率调制电路阵列1、LED阵列2、光束调节模块3、水样室4、测温模块5、光电转换模块6、锁相解调阵列7、数据处理模块8和显示模块9；

频率调制电路阵列1包括多个并联的频率调制电路10，任意两个频率调制电路10的调制频率不同，每个频率调制电路10包括依次串联的频率调制激励单元、放大偏置单元和波形发生单元；