專利名稱：一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水質(zhì)色度檢測裝置，尤其涉及一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置。
背景技術(shù)：
色度是表示顏色強度的物理量，是表征水質(zhì)好壞的重要指標之一，現(xiàn)行水質(zhì)色度檢測的國家標準方法(GB/T 11903-1989)是鉬鈷比色法和稀釋倍數(shù)法。鉬鈷比色法是利用由氯鉬酸鉀和氯化鈷配制的色度標準溶液與被測樣品進行目視比較以測定水樣的色度，適用于清潔水，輕度污染并略帶黃色調(diào)的水以及清潔的地面水、地下水和飲用水等。稀釋倍數(shù)法是將樣品用光學(xué)純水稀釋至用目視比較與光學(xué)純水相比剛好看不見顏色時的稀釋倍數(shù)作為表達顏色的強度，適用于污染較嚴重的地面水和工業(yè)廢水。然而，這兩種色度測定方法操作過程繁瑣、耗時長，且目視比較過程受實驗者視覺因素的影響較大，進而使測定的色度·結(jié)果存在不確定性。另外，鉬鈷比色法中用到的貴金屬化學(xué)試劑價格昂貴，在浪費實驗原材料的同時也對環(huán)境造成了二次污染。為了克服目視比色方法的弊端，人們提出了使用分光光度計測量水質(zhì)色度，并對此開展了研究。分光光度計測量水質(zhì)色度是基于分光光度法原理，使用分光光度計代替人眼測定水質(zhì)色度，擺脫了人眼主觀因素對測量過程的影響，測量結(jié)果客觀、真實、可重復(fù)性高，測量分辨率也有了很大的提高。但是，使用分光光度計測量水質(zhì)色度僅限于實驗室測量，需要對水樣進行采集和預(yù)處理，檢測過程復(fù)雜、周期長、具有二次污染，成本高。目前相關(guān)文獻報道的關(guān)于分光光度計測量色度的方法，基本上都是通過實驗建立色度標準溶液特定波長下的吸光度與色度的擬合關(guān)系式，然后通過測量水樣的吸光度代入擬合關(guān)系式確定其色度值。這實際上是以這樣的假設(shè)為前提，即廢水的顏色色系基本不變而只是深淺有差異，因而對于同一色系的水樣其吸收特性基本相同。然而，實際廢水的污染成分是復(fù)雜的，不同的物質(zhì)有不同的吸收特性，當(dāng)污染成分稍有變化時，吸收波長也會發(fā)生改變，因而在某一特定波長處，建立吸光度與色度關(guān)系的方法無法實現(xiàn)污水色度的普適性測量。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置，該裝置利用三波長測量方法測定待測水樣的色度，適用于工業(yè)污水、地表水和飲用水等水溶液色度的實時快速測量。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置，包括三個LED單色光源，透射式光纖傳感器，USB光纖光譜儀和計算機，LED單色光源通過光纖與透射式光纖傳感器連接，透射式光纖傳感器通過光纖與USB光纖光譜儀連接，USB光纖光譜儀通過USB數(shù)據(jù)傳輸線與計算機連接。所述的三個LED單色光源分別發(fā)紅光、綠光和藍光。
所述的透射式光纖傳感器包括入射光纖、外殼、出射光纖、濾膜、筒狀濾膜固定裝置和吊環(huán)；濾膜位于透射式光纖傳感器的縱向兩端，通過筒狀濾膜固定裝置固定，濾膜孔徑為0. 45 ii m ;入射光纖和出射光纖位于透射式光纖傳感器的橫向兩端,通過光纖I禹合器與外殼連接并固定準直。一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置，其采用的色度檢測計算方法為第一步按國家標準，標準號為GB/T 11903-1989的鉬鈷比色法配制系列色度值已知的色度標準溶液，采用所述的一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置測量各色度值已知的色度標準溶液的透射光譜，并取各色度值已知的色度標準溶液的透射光譜于595nm, 555nm, 445nm處的透過率1\、T2、T3,根據(jù)公式X = (0. 7833 X T1) + (0. 1974 X T3)Y = T2·Z = 1.1822 X T3計算出各色度值已知的色度標準溶液的三刺激值X、Y、Z，再由三刺激值計算各色度值已知的色度標準溶液相對于光學(xué)純水的色差A(yù)E，利用回歸法建立色度與色差的關(guān)系式 C = f ( A E)；第二步對于待測水樣，采用所述的一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置測量其透射光譜，并取待測水樣的透射光譜于595nm，555nm, 445nm處的透過率1\、T2,T3，根據(jù)公式X= (0. 7833 X T1) + (0. 1974 X T3)Y = T2Z = 1.1822 X T3計算出待測水樣的三刺激值X、Y、Z，再由三刺激值計算待測水樣相對于光學(xué)純水的的色差A(yù)E，將其代入第一步建立的回歸關(guān)系式計算得出待測水樣的色度C。本發(fā)明的有益效果是I. LED單色光源反應(yīng)迅速、體積小、成本低，更利于系統(tǒng)集成；2.整個裝置體積小、攜帶方便，能實現(xiàn)快速現(xiàn)場測量；3.整個裝置利用光纖傳感測量水質(zhì)色度，抗干擾性強、能遠距離傳輸、能實現(xiàn)實時在線監(jiān)測。


下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。圖I是一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是透射式光纖傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖I中1是LED單色光源，其發(fā)光波長為紅光；2是LED單色光源，其發(fā)光波長為綠光；3是LED單色光源,其發(fā)光波長為藍光；4是光纖稱合器；5是傳光光纖；6是入射光纖；7是透射式光纖傳感器；8是出射光纖；9是光纖耦合器；10是USB光纖光譜儀；11是USB數(shù)據(jù)傳輸線；12是計算機。圖2中6是入射光纖；8是出射光纖；13是透射式光纖傳感器外殼；14是筒狀濾膜固定裝置；15是光纖I禹合器；16是吊環(huán)；17是濾膜；18是光纖I禹合器。
具體實施例方式圖I中，一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置，包括三個LED單色光源
1、2、3，透射式光纖傳感器7，USB光纖光譜儀10和計算機12。LED單色光源1、2、3通過傳光光纖5、入射光纖6與透射式光纖傳感器7連接,透射式光纖傳感器7通過出射光纖8與USB光纖光譜儀10連接，USB光纖光譜儀10通過USB數(shù)據(jù)傳輸線11與計算機12連接。圖2中,透射式光纖傳感器7,由入射光纖6,外殼13,光纖稱合器15,筒狀濾膜固定裝置14，吊環(huán)16，濾膜17，光纖耦合器18，出射光纖8組成。外殼13是一個四通結(jié)構(gòu)，橫向和縱向兩端都為外螺紋結(jié)構(gòu)；筒狀濾膜固定裝置14具有內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，與縱向兩端外螺紋相吻合。入射光纖6和出射光纖8分別通過光纖稱合器15和光纖稱合器18與外殼13連接和準直，濾膜17通過筒狀濾膜固定裝置14固定在外殼13縱向兩端。·一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置，其色度檢測的原理主要采用三波長測量計算方法第一步按國家標準，標準號為GB/T 11903-1989的鉬鈷比色法配制系列色度值已知的色度標準溶液，采用所述的一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置測量各色度值已知的色度標準溶液的透射光譜，并取各色度值已知的色度標準溶液的透射光譜于595nm, 555nm, 445nm處的透過率1\、T2、T3,根據(jù)公式X = (0. 7833 X T1) + (0. 1974 X T3)Y = T2Z = 1.1822 X T3計算出各色度值已知的色度標準溶液的三刺激值X、Y、Z，再由三刺激值計算各色度值已知的色度標準溶液相對于光學(xué)純水的色差A(yù)E，利用回歸法建立色度與色差的關(guān)系式 C = f ( A E)；第二步對于待測水樣，采用所述的一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置測量其透射光譜，并取待測水樣的透射光譜于595nm，555nm, 445nm處的透過率1\、T2,T3，根據(jù)公式X = (0. 7833 X T1) + (0. 1974 X T3)Y = T2Z = 1.1822 X T3計算出待測水樣的三刺激值X、Y、Z，再由三刺激值計算待測水樣相對于光學(xué)純水的的色差A(yù)E，將其代入第一步建立的回歸關(guān)系式計算得出待測水樣的色度C。本發(fā)明實施色度檢測的工作過程如下將透射式光纖傳感器7用鋼絲或繩索連接吊環(huán)16放入待測水樣中并完全浸沒，由于透射式光纖傳感器7縱向兩端固定有濾膜17，進入透射式光纖傳感器7內(nèi)的水基本不包括大顆粒雜質(zhì)。LED單色光源1、2、3發(fā)出的紅、綠、藍光通過光纖耦合器4進入傳光光纖5、入射光纖6，經(jīng)光纖耦合器15耦合進入透射式光纖傳感器7，光被透射式光纖傳感器7內(nèi)的水選擇性吸收后，經(jīng)光纖耦合器18進入出射光纖8，傳輸至光纖耦合器9進入USB光纖光譜儀10，USB光纖光譜儀10經(jīng)過分光和光電轉(zhuǎn)換，將采集數(shù)據(jù)通過USB數(shù)據(jù)傳輸線11傳送至計算機12，計算機12通過三波長測量計算方法，計算獲得待測水樣的色度值。·
權(quán)利要求
1.一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置，包括三個LED單色光源，透射式光纖傳感器，USB光纖光譜儀和計算機，LED單色光源通過光纖與透射式光纖傳感器連接，透射式光纖傳感器通過光纖與USB光纖光譜儀連接，USB光纖光譜儀通過USB數(shù)據(jù)傳輸線與計算機連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置，其特征在于所述三個LED單色光源分別發(fā)紅光、綠光和藍光。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置，其特征在于所述的透射式光纖傳感器包括入射光纖、外殼、出射光纖、濾膜、筒狀濾膜固定裝置和吊環(huán)；濾膜位于透射式光纖傳感器的縱向兩端，由筒狀濾膜固定裝置固定，濾膜孔徑為0.45 u m ;入射光纖和出射光纖位于透射式光纖傳感器的橫向兩端,通過光纖I禹合器與外殼連接并固定準直。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于透射式光纖傳感器的水質(zhì)色度檢測裝置，包括三個LED單色光源，透射式光纖傳感器，USB光纖光譜儀和計算機，LED單色光源通過光纖與透射式光纖傳感器連接，透射式光纖傳感器通過光纖與USB光纖光譜儀連接，USB光纖光譜儀通過USB數(shù)據(jù)傳輸線與計算機連接。該裝置采用三波長法計算獲得任意水樣色度，適用于工業(yè)污水、地表水和飲用水等水溶液的色度檢測，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、反應(yīng)靈敏、體積小、成本低等優(yōu)點。
文檔編號G01N21/27GK102788757SQ20121031013
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者樓俊, 沈為民, 趙曉偉, 黃杰 申請人:中國計量學(xué)院