一种地表水水质COD光学检测装置的制作方法

一种地表水水质cod光学检测装置
技术领域
1.本发明涉及水质检测技术领域，特别涉及一种地表水水质cod光学检测装置。


背景技术：

2.陆地上淡水湖和河流的水量不到地球总水量1％，水是生命之源，是人类生活最重要的自然资源。近年来，随着社会的快速发展、科技进步和人民生活水平的提高，人们对生活用水和周围水质环境的要求不断提高，水质检测是水资源保护、水污染控制及水生态文明建设的重要手段，在国家水质监测平台中水中化学需氧量(cod)的含量是必检项目，也是当前国家节能减排的一个重要考核指标。
3.目前水环境cod检测中主要测量方法为重铬酸盐和高锰酸盐指数法，化学方法虽然检测结果可靠但检测周期长，会产生二次污染，连续监测困难。现有专利公开了一种污水cod快速检测方法，该方法通过对污水颜色进行观测或与比色卡对比确定污水cod大致范围，虽然在一定程度上加快了对高浓度污水的检测，但仍需要人工取样及使用化学试剂的。现有专利公开了一种光谱仪及水质检测装置，可同时对至少两路光束进行检测，能有效提高测量结果准确性，但该光谱仪产生固定波长光线难以满足现在水质检测要求。
4.针对于此，本专利要在技术上创新、改进和提升水环境cod检测和监测的效率与便捷性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了设计一种减少人工参与、可在线检测、不会对水体产生二次污染、有利于建设水质监测网络的地表水水质cod检测装置。
6.一种地表水水质cod光学检测装置，其特征在于，包括水路系统、光路系统和检测系统，所述水路系统包括入水口滤网、入水蠕动泵、入水管道、倒锥形沉淀池、预处理水样出水管道、污泥出水管道、污泥阀、单向水阀、光检测吸收皿、聚光镜、出水口水阀和出水管道，入水管道前端为十字网状入水口滤网，入水口滤网可拆卸并需要定期更换，由入水蠕动泵抽取水样进入内壁光滑的倒锥形沉淀池，倒锥形沉淀池左端连接入水管道，右下端连接预处理水样出水管道，底端连接污泥出水管道，污泥出水管道通过污泥阀和预处理水样出水管道连接，预处理水样出水管道通过单向水阀和光检测吸收皿上端连接，光检测吸收皿为石英材料制成，具有较高的透射率，光检测吸收皿下端设有一出水管道，出水管道上连接有出水阀，所述光路系统中分光装置包括氙灯光源、滤光镜、入射狭缝、入射光线、准直镜、物镜、暗室、出射光线、出射狭缝、五相步进电机和平面光栅，氙灯光源和滤光镜位于暗室外入射狭缝前端，氙灯光源发出的光经过滤光镜滤除一定范围波长光线，入射光线垂直于入射狭缝进入暗室，准直镜与入射光线成一定角度固定于暗室内左上方，物镜与出射光线成一定角度固定于暗室内左下方，准直镜和物镜的中心位置位于同一垂线上，平面光栅位于暗室内中心位置与五相步进电机通过齿轮相连，出射光线垂直于出射狭缝出暗室，并垂直入射光检测吸收皿透射被测水样，透射后的光线经过聚光镜，向检测系统传递光信号，检测系
统主要由光电检测装置组成。
7.可选的，所述光路系统完全运作于不透光的暗室中，分光装置中氙灯光源是波长范围为190-2000nm的稳定紫外/可见光源，氙灯光源稳定且无需预热，打开电源后即可获得稳定的光线，由滤光镜滤除一定范围波长光线后进入暗室，准直镜和物镜的焦距为600mm，直径为50mm,五相步进电机的原始步进角为0.36
°
，细分数为设为4，一个脉冲的步距角为0.09
°
，平面光栅的光栅常数为1200l/m，由五相步进电机通过齿轮啮合控制平面光栅旋转角度来控制出射光线的波长，旋转角度的精度可达到0.01
°
，通过改变平面光栅得到不同波长的出射光线可对被测水样进行动态检测。
8.可选的，所述检测系统中光电检测装置的光信号检测硬件为响应波长范围为190-1000nm的光电二极管，光电二极管转换出来的电信号经过运算放大器放大信号，通过二阶滤波电路去除低频信号干扰并滤除高频信号影响，经过a/d转换器转换成数字量。
9.所述一种地表水水质cod光学检测装置,具体实施方案，包括以下步骤：
10.选定某处地表水合适的检测点后，放置检测装置，在河流湖泊的水质检测中通常需要分层检测，可利用电机改变入水管道投放深度，可选的，入水管道前端放入待测水体总深度距离水面约1/3处，入水蠕动泵开启，污泥阀、单向水阀和出水口水阀全部关闭，待倒锥形沉淀池中水位到达一定高度后入水蠕动泵停止运行，根据现行地表水环境质量标准，设定水质检测前水样在内壁光滑的倒锥形沉淀池中静置沉淀30min，在此期间，设定分光装置，根据检测水样所需紫外波长调整平面光栅角度，然后打开单向水阀，使完成沉淀后的上层水样进入具有较高透射率的石英质地光检测吸收皿中等待垂直入射的出射光线的检测，通过光检测吸收皿后的光线经由聚光镜入射到光电检测装置进行信号转换和输出，完成检测后污泥阀、单向水阀和出水口水阀全部打开，入水口蠕动泵开始持续工作，进行时长为5min的循环抽水冲洗状态，减少水路系统水样残留降低测量误差。
11.本发明与现有技术相比，有益效果是：针对户外地表水检测，本装置的水路系统可自动采样、预处理水样减少人工参与，水路系统可进行自清洗，增加测量精确度。本装置采用的光学检测方法不会对水样产生二次污染，优选的光源波长范围很广，可通过调节分光系统得到可见光去除水样中浊度、悬浮物等对紫外检测cod的误差影响，五相步进电机控制光栅转动的精度可达到0.01
°
，大大提高了检测精度，且检测周期短，有利于建设水环境监测网络系统，提升监测效率。
附图说明
12.图1为一种地表水水质cod光学检测装置图；
13.图2为入水口过滤网图；
14.图3为光路系统图；
15.图中：水口滤网1、入水蠕动泵2、入水管道3、倒锥形沉淀池4、预处理水样出水管道5、污泥出水管道6、污泥阀7、单向水阀8、光检测吸收皿9、聚光镜10、光电检测装置11、出水口水阀12、出水管道13、分光装置14、氙灯光源15、滤光镜16、入射狭缝17、入射光线18、准直镜19、物镜20、暗室21、出射光线22、出射狭缝23、五相步进电机24、平面光栅25。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明的具体实施进行详细说明，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
17.为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
18.如图1、2、3所示，一种地表水水质cod光学检测装置，包括水路系统、光路系统和检测系统，所述水路系统包括入水口滤网1、入水蠕动泵2、入水管道3、倒锥形沉淀池4、预处理水样出水管道5、污泥出水管道6、污泥阀7、单向水阀8、光检测吸收皿9、聚光镜10、出水口水阀12和出水管道13，入水管道3前端为十字网状入水口滤网1，入水口滤网1可拆卸并需要定期更换，由入水蠕动泵2抽取水样进入内壁光滑的倒锥形沉淀池4，倒锥形沉淀池4左端连接入水管道3，右下端连接预处理水样出水管道5，底端连接污泥出水管道6，污泥出水管道6通过污泥阀7和预处理水样出水管道5连接，预处理水样出水管道5通过单向水阀8和光检测吸收皿9上端连接，光检测吸收皿9为石英材料制成，具有较高的透射率，光检测吸收皿9下端设有一出水管道13，出水管道13上连接有出水阀12，所述光路系统中分光装置14包括氙灯光源15、滤光镜16、入射狭缝17、入射光线18、准直镜19、物镜20、暗室21、出射光线22、出射狭缝23、五相步进电机24和平面光栅25，氙灯光源15和滤光镜16位于暗室21外入射狭缝17前端，氙灯光源15发出的光经过滤光镜16滤除一定范围波长光线，入射光线18垂直于入射狭缝17进入暗室21，准直镜19与入射光线18成一定角度固定于暗室21内左上方，物镜20与出射光线22成一定角度固定于暗室21内左下方，准直镜19和物镜20的中心位置位于同一垂线上，平面光栅25位于暗室21内中心位置与五相步进电机24通过齿轮相连，出射光线22垂直于出射狭缝23出暗室21，并垂直入射光检测吸收皿9透射被测水样，透射后的光线经过聚光镜10，向检测系统传递光信号，检测系统主要由光电检测装置11组成。
19.光路系统完全运作于不透光的暗室中，分光装置14中氙灯光源15是波长范围为190-2000nm的稳定紫外/可见光源，氙灯光源15稳定且无需预热，打开电源后即可获得稳定的光线，由滤光镜16滤除一定范围波长光线后进入暗室21，准直镜19和物镜20的焦距为600mm，直径为50mm,五相步进电机24的原始步进角为0.36
°
，细分数为设为4，一个脉冲的步距角为0.09
°
，平面光栅25的光栅常数为1200l/m，由五相步进电机24通过齿轮啮合控制平面光栅25旋转角度来控制出射光线22的波长，旋转角度的精度可达到0.01
°
，通过改变平面光栅25得到不同波长的出射光线22可对被测水样进行动态检测。
20.检测系统中光电检测装置11的光信号检测硬件为响应波长范围为190-1000nm的光电二极管，光电二极管转换出来的电信号经过运算放大器放大信号，通过二阶滤波电路去除低频信号干扰并滤除高频信号影响，经过a/d转换器转换成数字量。
21.上述装置检测步骤为：选定某处地表水合适的检测点后，放置检测装置，在河流湖泊的水质检测中通常需要分层检测，可利用电机改变入水管道3投放深度，可选的，入水管道3前端放入待测水体总深度距离水面约1/3处，入水蠕动泵2开启，污泥阀7、单向水阀8和出水口水阀12全部关闭，待倒锥形沉淀池4中水位到达一定高度后入水蠕动泵2停止运行，根据现行地表水环境质量标准，设定水质检测前水样在内壁光滑的倒锥形沉淀池4中静置沉淀30min，在此期间，设定分光装置14，根据检测水样所需紫外波长调整平面光栅25角度，然后打开单向水阀8，使完成沉淀后的上层水样进入具有较高透射率的石英质地光检测吸
收皿9中等待垂直入射的出射光线22的检测，通过光检测吸收皿9后的光线经由聚光镜10入射到光电检测装置11进行信号转换和输出，完成检测后污泥阀7、单向水阀8和出水口水阀12全部打开，入水口蠕动泵2开始持续工作，进行时长为5min的循环抽水冲洗状态，减少水路系统水样残留降低测量误差。
22.以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。