[发明专利]一种基于光谱法的可变光程多参数水质监测装置及方法

说明书

本发明公开一种基于光谱法的可变光程多参数水质监测装置及方法，装置包括上部壳体、下部壳体、光源、电源、准直透镜、光学拣选反射镜、滤光器、温度传感器、中央微处理器、存储器和电机；上部壳体与下部壳体之间通过轴承可旋转的连接，上部壳体与下部壳体的连接处之间相对的设有不同高度的凹槽；凹槽的上面板和下面板上均相对应的设有透光窗口；每个凹槽的下面板均能够随下部壳体做360°旋转；其中一个凹槽的下面板下方的下部壳体内从上到下依次设置有光学拣选反射镜、准直透镜和光源，光学拣选反射镜的一侧设有第一光电探测器；两个凹槽的上面板上方的上部壳体内分别设有第二光电探测器和第三光电探测器；光电探测器的输入端前方均设置有滤光器。

技术领域

本发明是涉及水质监测领域，特别是一种基于光谱法的可根据当前浊度做出实时浓度矫正的可变光程的多指标水质在线监测装置及方法。

背景技术

随着我国经济的发展和城市化进程的加快，环境污染问题也日趋严重。水资源与人们生产、生活密切相关，工业废水的违规排放、化学农药的泛滥使用、城市生活废水的未达标处理等等，均对水环境造成严重损害。污染带来的最直接影响是给人类的健康带来严重威胁。由于我国仍处于污染事件高发阶段，尤其以水污染事件最为频繁，危害也最严重，因此针对水质污染具有突发性及扩散性的特点，应该从源头上进行管控，加强在线监测分析仪器与平台的建设，提高监控力度，同时应对重点水域，特别是多条重点河流交汇，工农业发达，地下水与地表水交互频繁的区域，对水质进行及时、准确的追踪与监控。

水质监测是监视及测定水体中特定污染物的浓度及变化趋势，并以此来评估水质的过程，是实施水环境保护和水资源管理的重要你。其中一些评估水质的重要指标包括：温度、色度、浊度、pH值、电导率、悬浮物、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、硝酸盐氮(NO₃-N)等。主要方法包括：生物法、化学法和光谱法等。

其中，基于生物法的水质分析仪则普遍体积庞大臃肿，传感元件易发生不可逆反应，从而影响识别精度，维护成本高，已不作为主要监测手段。

国内用光谱法测量水质起步较晚，所以国家标准大部分是采用化学法。但是化学法水质分析仪缺点明显：测量需要消耗试剂、功耗高，并且需要专业人员操作。存在二次污染、采样测试周期长无法跟踪水质变化、维护繁复、成本高的特点。

光谱法不同于生物法和化学法，可以同时测定多个指标。无需试剂不会造成二次污染，分析速度快容易实现在线分析，装置简易、维护简便所以使用成本低。现有的光谱法水质分析仪主要包括了紫外光(UV)/紫外-可见光(UV-VIS)/荧光吸收光谱分析法。

然而现有的光谱法在线监测装置大部分采用柜式结构并且只能监测一种参数，功耗较高、体积庞大，所以部署灵活性较低，无法进行原位检测。在水体成分复杂，污染严重时，水体浊度对准确性干扰严重。狭窄的光路也容易被污染物、悬浮颗粒和微生物堵塞，对测量精度造成较大影响。另外，由于光谱法本身特点，在面对污染物浓度跨度较大的水样时，无法保证测量精度。

天然水体中的吸光物质/目标污染物浓度跨度较大。根据比尔-朗伯定律右等式的描述，光路长度、随所用光的波长变化的摩尔吸光系数和吸光物质浓度相互制约。这也造成了在较短波长下，一般的固定光程传感器信号对比度无法维持较高水准，因此无法准确测量较低浓度的吸光物质。但是比尔-朗伯定律也提供了一种解决办法：改变光路长度，及在低浓度时使用较长的光路长度，在高浓度时使用较短的光路长度。有研究者在光路中插入透明介质来改变光路长度(JP2006194775A)，见图1，但是显然对于长期的原位测量装置不适用。

以上缺点导致市面上可用的水质传感器不适用与进行对水质的原位、长期、稳定、精确的监测。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于光谱法的可变光程多参数水质监测装置及方法，满足体积小巧、分析时间短、不受污染物浓度影响、测量结果准确受干扰小、维护便捷的特点，特别适用于对水质进行多点的原位长期测量。