[发明专利]适用于光学水质测量系统的光噪音滤除装置

说明书

本发明有关一种适用于光学水质测量系统的光噪音滤除装置，其包括：信号调制单元，对光发射单元发出的光信号进行光强度调制；参考信号调理单元，将从信号调制单元获取的调制信号副本整形移相，提供相位一致的参考信号；相干检测单元，接收该参考信号调理单元传递的参考信号，及该光接收单元传递的检测光信号，并滤除检测光信号中的平稳光噪音；自相关单元，接收所述相干检测单元输出的信号，按信号周期进行自相关操作；动态观测器，接收所述自相关单元输出的信号，滤除其中的非平稳光噪音，输出当前状态向量；以及有效光强输出单元，从所述当前状态向量中提取光强变量，输出滤除平稳光噪音与非平稳光噪音后的有效光强。发明能够有效滤除平稳和非平稳的环境光噪音。

技术领域

本发明涉及一种光学水质测量仪器,特别涉及一种光噪音滤除装置。

背景技术

光学测量仪器，尤其是基于散射法,荧光法,透射法等的光学测量仪器在室外运行的过程中，如地表水体SS(悬浮颗粒物浓度)和COD(化学总需氧量)指标测量仪器中普遍面临环境光干扰，比如太阳光线中的紫外线和红外线也会经待测水样的反射和散射进入光电检测器。太阳是主要环境光干扰源，一般情况下，太阳光要比人造光的光强大，属于非调制光源，光谱带宽也很宽。而用于照明的人造光源通常是一种调制光，调制频率一般在50Hz，其频率与工频相等或者工频的谐波倍频上。总的来说，环境光的强度可看作是一个具有非零均值的随机过程(针对太阳光)和一个确定过程(针对人造光)的叠加，且其均值也会随着环境的变化如日照，天气状况和时间的推移发生缓慢变化，但是在一次测量的小时间尺度上,环境光的平均强度可以认为是恒定的。环境光对光电转换器的影响表现在两个方面：一是环境光的平均值做为背景光进入光电检测管，增加了光电检测管的工作电流，形成了一个额外的偏置电流，以及由此带来的散粒噪音。散粒噪音的大小与工作电流密切相关。二是环境光本身的随机性会在检测管的电流中叠加一个随机噪音。此外还需考虑到由于水体表面波纹、气泡和漂浮物等的影响，还有可能形成强噪音干扰。这种强干扰具有两个特点：一、反射光线的强度要比微弱的散射光线强很多，在电信号上表现为持续的非高斯强脉冲噪音。二、由于水中的气泡，漂浮物，泡沫以及水面波等变化相对缓慢，因此该强脉冲噪音的频谱集中在低频部分。这也就导致直接发射光信号，并检测接收光强度的方法，极易被光噪音污染，具有极低的信噪比，这就使得检测到的信号无法真实准确的反映出水样对光学信号的作用。因此光噪音的存在严重限制了光学散射法,透射法,荧光法等测量仪器的应用范围。

在尚未有较好的光噪音滤除装置的现状下，市场可见绝大多数光学水质测量仪器，如公开号为CN1912579A,名称为COD光电检测装置的中国专利申请及公开号为JP2010091309，名称为非接触水质测定装置的日本专利申请，公开的采用引流法将水样抽取至密闭箱体的检测池中进行光学后向散射法测量，通过增加复杂的引流过程和密闭箱体来克服环境光,漂浮物和气泡等的不利影响。采用类似引流方案的专利还有美国公开号为5,400,137的专利。但是引流式光学后向散射法测量仪器在成本、易部署性、可维护性和水样真实性上均表现较差。而公开号为EP 1241464A1的欧洲专利申请所公开的开放式光学后向散射法测量仪器虽然可以避免复杂的引流设备，从而解决上述问题，但是必须另外解决空间光噪音干扰的影响。

发明内容

有鉴于上述现有技术所存在的缺陷，本发明的目的在于，提供一种适用于光学水质测量系统的光噪音滤除装置，使其能够有效解决光学法水质测量仪器在使用中遇到的环境光噪音干扰问题，同时能控制制造成本，提高其易部署性、可维护性和测量的实时性。