一种水质检测装置和检测方法与流程

1.本发明涉及检测设备技术领域，特别涉及一种水质检测装置和检测方法。


背景技术：

2.水是生命之源，对水资源的检测能够反映出水资源的质量，并对水资源存在的问题做出及时反馈，为提高水质品质提供参考。
3.通过光学手段对水质的参数进行光谱法监测是一种新型的水质监测技术，无需对样品进行预处理、无需化学试剂、测量周期短、检测速度快、设备成本低和可以实现在线、原位监测等优点。
4.目前，基于分光光度光电探测技术被广泛用于常规水质监测领域，通过特定的光波对特定污染物的光谱吸收，可以快速、无损地检测水体常规污染物的含量，在水环境质量评价、水环境监测领域、水生态环境预警系统以及污染物溯源检测识别领域等应用中都具有非常重要的意义。但是其只能满足单一因子含量的检测，无法实现对多种因子的同时检测，极大的限制了其在水质检测方面的应用。
5.因此，如何实现对水质中不同因子的同步检测，成为了亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的是提供一种水质检测装置和检测方法，旨在实现对水质中不同因子的同步检测。
7.为了实现上述目的，本发明提出一种水质检测装置，包括：
8.容纳件，用于容纳待测样品；
9.入射组件，设于所述容纳件上，用于向所述容纳件内的待测样品发射环形多波单色光；
10.接收组件，用于接收所述容纳件内经待测样品吸收后的剩余光线；以及
11.主控单元，用于控制所述入射组件的开关和根据所述接收组件的接收参数输出检测结果。
12.在本技术的一实施例中，所述入射组件包括：
13.至少两个光源，连接于所述主控单元，分别用于产生不同的波长的光线；和
14.第一多模光纤，数量与所述光源数量相等，分别与所述光源一一对应耦合，用于将所述光源产生的光线传导至所述待测样品处。
15.在本技术的一实施例中，所述入射组件还包括：
16.第一光纤合束器，用于将多个第一多模光纤输出端的光线集合至光纤发射主揽中，所述光纤主揽的输出端正对所述待测样品。
17.在本技术的一实施例中，任意一个所述光源产生的光线的波长均位于370nm～700nm之间。
18.在本技术的一实施例中，所述接收组件包括：
19.至少两个第二多模光纤，用于采集容纳件内经待测样品吸收后的剩余光线；和
20.第二光纤合束器，用于将多个所述第二多模光纤的输出端接入接收主揽中，所述接收主揽的输出端连接于控制单元。
21.在本技术的一实施例中，所述第一多模光纤的输出端和第二多模光纤的输入端正相对。
22.在本技术的一实施例中，所述第一多模光纤的输出端和第二多模光纤的输入端之间的距离为α，2cm＞α＞0cm。
23.本技术还公开了一种水质检测方法，包括以下步骤：
24.获取水质因子的标准吸收光谱特征分布参数和采用如上所述的水质检测装置采集的待测样品在不同光波段的透射光强信号；
25.根据所述不同光波段的透射光强信号获取对应光线待测样品中光谱吸收变化量参数，当对应光线在待测样品中的光谱吸收变化量参数不满足该光线在水质因子的标准吸收光谱特征分布参数时，表示当前待测样品中不存在与该光线相对应的杂质。
26.在本技术的一实施例中，获取水质因子的标准吸收光谱特征分布区间包括以下步骤：
27.s1：配制需要检测的水质因子标准浓度溶液；
28.s2：配制需要检测的纯水空白溶液；
29.s3：通过分光光度计获取水质因子分别在标准浓度溶液和纯水空白溶液中的光谱吸收分布参数；
30.s4：计算纯水空白溶液中的光谱吸收分布参数与标准浓度溶液中的光谱吸收分布参数的差值，即可获得水质因子的单位浓度的光谱吸收分布参数。
31.采用上述技术方案，通过容纳件来容纳待测样品，然后通过入射组件向待测样品发射环形多波单色光，最后通过接收单元来接收容纳件内经待测样品吸收后的剩余光线，并将检测结果反馈至主控单元。根据环形多波单色光来检测容纳碱中待测样品中的水质的种类和浓度，由于其可以分批次发射多种不同波长的光线，克服了现有技术只能一次检测一种水质的弊病，方便了水质检测装置的使用，结构简单，便于实施。
附图说明
32.下面结合具体实施例和附图对本发明进行详细的说明，其中：
33.图1为本发明第一种实施例的结构示意图；
34.10、光源；20、第一光纤合束器；30、容纳件；40、第二光纤合束器；50、光电探测器；60、主控单元。
具体实施方式
35.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本发明，并不对本发明构成限制。
36.如图1所示，为了实现上述目的，本发明提出一种水质检测装置，包括：
37.容纳件30，用于容纳待测样品；
38.入射组件，设于所述容纳件30上，用于向所述容纳件30内的待测样品发射环形多波单色光；
39.接收组件，用于接收所述容纳件30内经待测样品吸收后的剩余光线；以及
40.主控单元60，用于控制所述入射组件的开关和根据所述接收组件的接收参数输出检测结果。
41.具体的，一种水质检测装置，包括：容纳件30、入射组件、接收组件、以及控制单元。
42.收纳件为敞口型杯体，杯体上的敞口用于方便将待测样品放入杯体内。
43.入射组件连接在容纳件30上，入射组件与容纳件30之间采用固定连接的方式连接，例如焊接，一体成型等等。入射组件与容纳件30之间采用固定连接的方式连接，可以提高入射组件与容纳件30之间的连接强度，提高入射组件工作时的稳定性。当然根据设计的需要，入射组件与容纳件30之间还可以采用可拆卸的方式连接，例如卡接、螺钉连接等等。入射组件与容纳件30之间采用可拆卸的方式连接，在入射组件出现异常或需要更换时，方便对入射组件的后期维护。入射组件用于向容纳件30内的待测样品发射环形多波单色光，本技术中的环形多波单色光是指一种特殊的单色光，其波长可以在不同的频率上切换，从而形成多个不同的单色光。它通常使用环形共振腔和波长选择元件(如波长分复用器)来实现多波长的选择和切换。本技术中采用多个可以发出不同波长的光源10环形设置，并在工作时依次点亮，同时在下一个光源10被点亮的同时关闭上一个光源10，从而实现不同波长的光线与待测样品中的水质相互作用。
44.接收组件连接在容纳件30上，接收组件与容纳件30之间的连接方式和入射组件与容纳件30之间的连接方式完全相同，且具有相同的优点，在此不再一一赘述。
45.接收组件用于接收容纳件30内经过待测样品吸收后的剩余光线。
46.控制单元，采用现有技术中常用的控制单元，该控制单元与入射组件和接收组件之间均通信连接。本技术中的通信连接是指通过各种通信技术和协议，将两个或多个通信设备(如计算机、手机、路由器等)连接在一起，以实现数据传输和通信的过程。通信连接允许设备之间互相发送和接收数据，从而促进信息的交流和共享。控制单元用于控制入射组件依次产生不同波长的光线经过待测样品，此时对应的接收组件接收被待测样品吸收后的剩余光线，并将该结果反馈至控制单元，控制单元根据朗伯比尔透射定律和标准吸收光谱特征分布数据光谱吸收叠加效应解析出待测样品中的水质类型和浓度。其原理为：不同的水质可以吸收不同波长的光线，通过某一特定波长的光线经过待测样品时的衰减参数，可以判断出待测样品中是否存在于特定波长的光线相匹配的水质，同时可以通过衰减参数的衰减比例，计算出待测样品中的水质的浓度。由于上述计算过程为现有技术，在此不再一一赘述。
47.采用上述技术方案，通过容纳件30来容纳待测样品，然后通过入射组件向待测样品发射环形多波单色光，最后通过接收单元来接收容纳件30内经待测样品吸收后的剩余光线，并将检测结果反馈至主控单元60。根据环形多波单色光来检测容纳碱中待测样品中的水质的种类和浓度，由于其可以分批次发射多种不同波长的光线，克服了现有技术只能一次检测一种水质的弊病，方便了水质检测装置的使用，结构简单，便于实施。
48.在本技术的一实施例中，所述入射组件包括：
49.至少两个光源10，连接于所述主控单元60，分别用于产生不同的波长的光线；和
50.第一多模光纤，数量与所述光源10数量相等，分别与所述光源10一一对应耦合，用于将所述光源10产生的光线传导至所述待测样品处。
51.具体的，入射组件包括至少两个光源10和第一多模光纤。
52.本技术中的至少两个是指两个或两个以上，以两个光源10为例进行说明。
53.两个光源10的波长均不相等，两个光源10均连接在主控单元60上，两个光源10均与主控单元60之间通信连接，主控单元60控制两个光源10的开或关。且保证两个光源10中只有一个光源10处于工作状态。两个光源10均采用led光源10，采用led光源10具有高效节能、使用寿命长、节省空间、安全环保、色彩丰富等优点。光源10的色彩与光源10的波长相关，本技术中所指的色彩丰富包含有led灯可以产生多种不同波长的光线，从而方便对待测样品水质的检测。
54.第一多模光纤与光源10的数量相等，第一多模光纤采用现有技术中常用的第一多模光纤，由于其为现有技术，在此不再一一赘述，第一多模光纤与光源10之间一一对应连接，用于将光源10产生的光线传导至待测样品处。第一多模光纤与各个光源10之间耦合连接。
55.采用上述技术方案，通过第一多模光纤将光源10产生的光线传导至待测样品处，可以有效的减少自然光对检测结果的干扰。
56.在本技术的一实施例中，所述入射组件还包括：
57.第一光纤合束器20，用于将多个第一多模光纤输出端的光线集合至光纤发射主揽中，所述光纤主揽的输出端正对所述待测样品。
58.具体的，入射组件还包括第一光纤合束器20，第一光纤合束器20连接在光纤远离光源10的一端，其主要用于将第一多模光纤输出端的光线及和至光纤发射主揽中，本技术中的发射主揽的直径大于第一多模光纤的直径，然后光纤主揽的输出端正对待测样品。
59.采用上述连接方式，通过第一合束器可以将多个光源10的光线汇聚在一起，从而提高光线的利用率，有助于提高发射组件发射的光线的强度。同时也降低了入射组件的复杂性，提高其工作时的可靠性。
60.在本技术的一实施例中，任意一个所述光源10产生的光线的波长均位于370nm～700nm之间。
61.在本技术的一实施例中，所述接收组件包括：
62.至少两个第二多模光纤，用于采集容纳件30内经待测样品吸收后的剩余光线；和
63.第二光纤合束器40，用于将多个所述第二多模光纤的输出端接入接收主揽中，所述接收主揽的输出端连接于控制单元。
64.具体的，接收组件包括至少两个第二多模光纤，本技术中以两个第二多模光纤为例进行说明。两个第二多模光纤用于采集容纳件30内部经待测样品吸收后的剩余光线，两个多模光纤远离容纳件30的一端连接有第二光纤合束器40，通过第二光纤合束器40将两个第二多模光纤中的光线进行汇聚，可以提高接收组件对光线的利用率，有助于提高接收组件的灵敏度和检测精度。
65.在本技术的一实施例中，所述第一多模光纤的输出端和第二多模光纤的输入端正相对。
66.具体的，第一多模光纤的输出端和第二多模光纤的输出端正相对，可以使光信号
稳定传输，减小光信号在传输过程中的损耗，简化整个光学系统的设计，便于后期的维护。
67.在本技术的一实施例中，所述第一多模光纤的输出端和第二多模光纤的输入端之间的距离为α，2cm＞α＞0cm。
68.采用上述技术方案，第一多模光纤的输出端和第二多模光纤的输入端之间的距离在0～2厘米之内，可有效的降低光线的损耗，降低自然光对检测结果的影响，结构简单，便于实施。
69.本技术还公开了一种水质检测方法，包括以下步骤：
70.获取水质因子的标准吸收光谱特征分布参数和采用如上所述的水质检测装置采集的待测样品在不同光波段的透射光强信号；
71.根据所述不同光波段的透射光强信号获取对应光线待测样品中光谱吸收变化量参数，当对应光线在待测样品中的光谱吸收变化量参数不满足该光线在水质因子的标准吸收光谱特征分布参数时，表示当前待测样品中不存在与该光线相对应的杂质。
72.具体的，一种水质检测方法，包括以下步骤；
73.获取水质因子的标准吸收光谱特征分布参数，标准吸收光谱分布参数包含需要检测的常规水质多因子吸收光谱参数。将容纳件30进入待测样品中，让待测样品充满容纳件30，此时水质检测装置中的led光源10分别点亮，通过入射组件照射容纳件30，并通过设置在容纳件30上的接收组件将光信号传输至光电探测器50，从而获得待检测样品在不同光波段的透射光强信号。
74.根据不同光波段的透射光强信号获取对应光线待测样品中光谱吸收变化量参数，该变化量参数表示为，光线衰减量。当对应光线在待测样品中的光谱吸收变化量不满足该光线在水质因子的标准吸收光谱特征分布参数时，表示待测样品中不存在与该光线相对应的杂质。如果当对应光线在待检样品中的光谱吸收变化量满足该光线在水质因子的标准吸收光谱特征分布参数是，表示待测样品中存在与该光线相对应的杂质。其解析过程朗伯比尔透射定律反演以及标准吸收光谱特征分布数据光谱吸收叠加效应解析，由于该过程为现有技术，在此不再一一赘述。
75.采用上述技术方案，流程简单，便于实施。
76.在本技术的一实施例中，获取水质因子的标准吸收光谱特征分布区间包括以下步骤：
77.s1：配制需要检测的水质因子标准浓度溶液；
78.s2：配制需要检测的纯水空白溶液；
79.s3：通过分光光度计获取水质因子分别在标准浓度溶液和纯水空白溶液中的光谱吸收分布参数；
80.s4：计算纯水空白溶液中的光谱吸收分布参数与标准浓度溶液中的光谱吸收分布参数的差值，即可获得水质因子的单位浓度的光谱吸收分布参数。
81.采用上述技术方案，通过标准浓度的水质因子溶液和纯水空白溶液来获取水质因子的标准吸收光谱特征分布区间，可以减少样品的变异和干扰，可以提高测量的准确性和精度。同时可重复性好，方便多次操作，同时也使得操作更加简单，经济实用。
82.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用
在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种水质检测装置，其特征在于，包括：容纳件，用于容纳待测样品；入射组件，设于所述容纳件上，用于向所述容纳件内的待测样品发射环形多波单色光；接收组件，用于接收所述容纳件内经待测样品吸收后的剩余光线；以及主控单元，用于控制所述入射组件的开关和根据所述接收组件的接收参数输出检测结果。2.如权利要求1所述的水质检测装置，其特征在于，所述入射组件包括：至少两个光源，连接于所述主控单元，分别用于产生不同的波长的光线；和第一多模光纤，数量与所述光源数量相等，分别与所述光源一一对应耦合，用于将所述光源产生的光线传导至所述待测样品处。3.如权利要求2所述的水质检测装置，其特征在于，所述入射组件还包括：第一光纤合束器，用于将多个第一多模光纤输出端的光线集合至光纤发射主揽中，所述光纤主揽的输出端正对所述待测样品。4.如权利要求2所述的水质检测装置，其特征在于，任意一个所述光源产生的光线的波长均位于370nm～700nm之间。5.如权利要求2所述的水质检测装置，其特征在于，所述接收组件包括：至少两个第二多模光纤，用于采集容纳件内经待测样品吸收后的剩余光线；和第二光纤合束器，用于将多个所述第二多模光纤的输出端接入接收主揽中，所述接收主揽的输出端连接于控制单元。6.如权利要求5所述的水质检测装置，其特征在于，所述第一多模光纤的输出端和第二多模光纤的输入端正相对。7.如权利要求6所述的水质检测装置，其特征在于，所述第一多模光纤的输出端和第二多模光纤的输入端之间的距离为α，2cm＞α＞0cm。8.一种水质检测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取水质因子的标准吸收光谱特征分布参数和采用如权利要求1至7中任意一项所述的水质检测装置采集的待测样品在不同光波段的透射光强信号；根据所述不同光波段的透射光强信号获取对应光线待测样品中光谱吸收变化量参数，当对应光线在待测样品中的光谱吸收变化量参数不满足该光线在水质因子的标准吸收光谱特征分布参数时，表示当前待测样品中不存在与该光线相对应的杂质。9.如权利要求8所述的水质检测方法，其特征在于，获取水质因子的标准吸收光谱特征分布区间包括以下步骤：s1：配制需要检测的水质因子标准浓度溶液；s2：配制需要检测的纯水空白溶液；s3：通过分光光度计获取水质因子分别在标准浓度溶液和纯水空白溶液中的光谱吸收分布参数；s4：计算纯水空白溶液中的光谱吸收分布参数与标准浓度溶液中的光谱吸收分布参数的差值，即可获得水质因子的单位浓度的光谱吸收分布参数。

技术总结
本发明公开了一种水质检测装置和检测方法，涉及检测设备技术领域。具体包括：容纳件，用于容纳待测样品；入射组件，设于所述容纳件上，用于向所述容纳件内的待测样品发射环形多波单色光；接收组件，用于接收所述容纳件内经待测样品吸收后的剩余光线；以及主控单元，用于控制所述入射组件的开关和根据所述接收组件的接收参数输出检测结果。旨在实现对水质中不同因子的同步检测。不同因子的同步检测。不同因子的同步检测。


技术研发人员：秦飞虎 刘洋 张凯 姚康 盛训超 刘营营 连锋 汤咏 袁少朴 李亚兰
受保护的技术使用者：合肥中科环境监测技术国家工程实验室有限公司
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/16