[实用新型]基于光栅薄膜分光的在线光谱水质检测装置

说明书

本实用新型涉及一种基于光栅薄膜分光的在线光谱水质检测装置，包括白光光源(1)、透明光学平板(2)、光栅薄膜(3)、光电二极管阵列(7)、信号处理电路(8)和中央控制器(9)，所述白光光源(1)发出白光入射到不会改变其光线传播方向和光谱信息的透明光学平板(2)，并经所述透明光学平板(2)入射到所述光栅薄膜(3)，光栅薄膜将白光分光形成彩色的光谱带，彩色的光谱带入射至待检测水，并从待检测水射出后为相应的光电二极管阵列(7)所检测，所述信号处理电路(8)对光电信号进行处理，得到表征光谱信号的数字信号，所述中央控制器(9)接收所述数字信号并对其进行计算处理，得到形成实时检测的光谱信息。

技术领域

本实用新型涉及一种水质检测技术领域，特别涉及一种基于光栅薄膜分光的在线光谱水质检测装置。

背景技术

水质在线监测是实现水环境保护、饮用水安全保障与报警、污水处理和污染物排放控制、水资源管理等方面的重要基础和有效手段。近年来，随着对水质监测实时性和监测频率要求的逐步提高，传统实验室手动分析已很难满足监测需求，使得光谱在线监测系统得到了快速发展。近年来越来越多的仪器仪表厂家加入进来。

常见的光谱水质检测有紫外可见光谱法检测，不同的化合物有不同的吸收光谱，含有苯环或耦合双键的有机物以及特定无机物在紫外-可见波段有较强的吸收峰。结合主成分分析、偏最小二乘和神经网络等算法，来分析水样的特征吸收，进而可以对水样所含组分进行定性与定量分析。目前基于紫外-可见光纤光谱仪的水质检测系统主要用于监测水体硝酸盐、化学需氧量COD、生化需氧量 BOD、总悬浮物TSS、总有机碳TOC和浊度等参数，该系统经常作为一种标准测量方法的替代方案。需要注意的是，基于紫外-可见光纤光谱仪的光谱测量模块不能满足所有水质参数测量需求，一般被用作一个子模块，和其他水质测量模块协同工作。

目前使用的紫外可见光谱法水质检测成本过高，一般都是环境监测部门使用。市场上缺乏的是成本较低且检测效果直接，使用方便的光谱水质在线检测设备。一般来说，对于生活饮用水来说，人们只关心这水是否还能作为生活使用，所以目前的检测设备中一些检测参数并不是人们关心的。对于普通消费者来说，只需要对比检测结果与合格饮用水的结果就行了。基于此，可以利用可见光光谱对合格的饮用水进行光谱检测并保存在数据库里，在线检测时只需要对比实时检测的水质光谱与合格饮用水的光谱就可以满足日常检测需求，差值超过阈值即可报警，但对于如何实现和解决上述技术问题，仍是本领域需要研究的课题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的问题是，提出了一种直观指示、使用便捷、可实现在线检测的基于光栅薄膜分光的在线光谱水质检测装置，以解决现有技术存在的技术问题。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种以下的基于光栅薄膜分光的在线光谱水质检测装置，包括白光光源、透明光学平板、光栅薄膜、光电二极管阵列、信号处理电路和中央控制器，所述白光光源发出白光入射到不会改变其光线传播方向和光谱信息的透明光学平板，并经所述透明光学平板入射到所述光栅薄膜，所述光栅薄膜将白光分光形成彩色的光谱带，所述彩色的光谱带入射至待检测水，并从待检测水射出后为相应的光电二极管阵列所检测，所述光电二极管阵列探测到光强变化信号，并将其转化为光电信号传输给所述信号处理电路，所述信号处理电路对所述光电信号进行处理，得到表征光谱信号的数字信号，所述中央控制器接收所述数字信号并对其进行计算处理，得到形成实时检测的光谱信息，将其与标准水质的光谱信息进行对比，以判断待检测水的水质状况。

作为可选，所述透明光学平板由全光波段通光率大于90％的石英玻璃制成。

作为可选，所述待检测水的入射面与光栅薄膜之间设有第一透明玻璃薄片，所述待检测水的出射面与所述光电二极管阵列之间设有第二透明玻璃薄片。

作为可选，所述光电二极管阵7由多个光电二极管组成，响应时间为10us，响应波长范围为400nm-800nm；每个光电二极管对应探测30nm-80nm的彩色光谱范围的光强变化。