[發明專利]基于ARM技術的多參數水質快速檢測裝置

無效

• 申請號: 200910100534.0
• 申請日: 2009-07-09
• 公開（公告）號: CN101608998A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 陳渝陽;陳華才
• 申請（專利權）人: 陳渝陽
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/31
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于環境監測領域，具體為一種基于ARM技術的多參數水質快速檢測裝置。

背景技術

目前，全世界每年約有4200多億立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5萬億立方米的淡水，這相當于全球徑流總量的14％以上。近年來，隨著我國經濟的快速發展，大量的工業、農業和生活廢棄物排入水中，使水體受到污染。據環境部門監測，全國城鎮每天至少有1億噸污水未經處理直接排入水體。全國七大水系中一半以上河段水質受到污染，全國1/3的水體不適于魚類生存，1/4的水體不適于灌溉，90％的城市水域污染嚴重，50％的城鎮水源不符合飲用水標準，40％的水源已不能飲用，南方城市總缺水量的60％-70％是由于水源污染造成的。

日趨加劇的水污染，已對人類的生存安全構成重大威脅，成為人類健康、經濟和社會可持續發展的重大障礙。據世界權威機構調查，在發展中國家，各類疾病有8％是因為飲用了不衛生的水而傳播的，每年因飲用不衛生水至少造成全球2000萬人死亡。因此，水污染被稱作“世界頭號殺手”。

為了保障人類的健康，讓每一個人都喝上干凈的水，讓所有的農作物都有干凈的水灌溉，必須建立水環境質量監測和水污染物排放監測制度，提高水質的監測手段，并建立監測網絡和信息快速傳遞網絡。

發明內容

本發明提供了一種基于ARM技術的多參數水質快速檢測裝置。通過采用CCD陣列微型光譜儀、開封即用標準試劑、ARM嵌入式控制系統和Zigbee無線傳輸方式，重點解決了水質多參數現場快速檢測、儀器輕便可靠、操作簡便快速、檢測結果即時網絡傳輸等技術問題。

一種基于ARM技術的多參數水質快速檢測裝置，包括寬帶光源、樣品池、微型光譜儀、及ARM嵌入式控制系統；

所述的微型光譜儀包括用于分光的光柵分光裝置和接收光信號的探測器部件；

所述的探測器部件包括CCD陣列傳感器、用于驅動探測器部件的驅動和控制模塊，及用于轉換探測器信號的A/D轉換模塊；

所述的ARM嵌入式系統具有上位機控制功能，控制數據采集、儲存、分析、顯示和傳輸。

所述的寬帶光源為鹵素燈或LED組合寬帶光源，從光源發出的光經過準直鏡變為平行光，然后被反射鏡改變方向后，經過樣品池。

所述的光柵分光裝置沿光路依次設有透鏡、傳光光纖、狹縫、第一反射鏡、準直鏡、光柵、球面鏡和第二反射鏡；透過樣品池的光束透過一透鏡后，通過傳光光纖，匯聚于狹縫后到達第一反射鏡，改變方向后射照到準直鏡后變為平行光，經光柵色散，得到各波長的光，這些波長的光經球面鏡、第二反射鏡匯聚到CCD陣列傳感器的焦面上，從而可測得樣品的吸光度等值。

所述的ARM嵌入式控制系統包含無線傳輸模塊，該模塊具有Zigbee無線傳輸協議，通過Zigbee無線傳輸方式，及時將檢測結果傳送到相關部門。

根據已知濃度的水樣標定各常用水質參數的標準曲線，將水質參數檢測標準曲線預存在嵌入式控制系統中，采用開封即用標準試劑和標準化的操作流程，縮短了分析時間。

CCD陣列傳感器中儲存著電荷，而當光子打到光敏面時電荷就會被釋放。在積分時間的結尾，剩余的電荷就會傳送到緩沖器中，然后這個信號被傳送到A/D轉換器。CCD陣列傳感器最優采用2048像元，具有靈敏度高、響應速度快的特點。

光柵根據使用的波長范圍選定，永久安裝在光譜儀中，光柵的可用光譜范圍要大于照射到探測器上的光譜范圍，這是為了覆蓋更寬的光譜范圍。

光學分辨率定義為光譜儀可以分開的最小波長差。要把兩個光譜線分開至少要把它們成像到探測器的兩個相臨像元上。因為光柵常數決定了波長在探測器上可分開的程度(色散)，這對于分辨率來說是一個非常重要的參數。

另一個重要參數是進入到光譜儀的光束寬度，它基本上取決于狹縫寬度。在指定波長處，狹縫成像到探測器陣列上時會覆蓋若干個像元。而如果要分開兩條光譜線，就必須把它們色散到兩個像元上。當入射光纖的芯徑大于狹縫的寬度時，分辨率就要由狹縫的寬度(有效寬度)來決定。

表1光譜儀的分辨率(半寬度nm)

所選光柵和入射光束的有效寬度(光纖芯徑或入射狹縫)對分辨率的影響如表1所示。對高線對數光柵來說，色散效應是隨著波長范圍變化的，波長越長色散效應越大。因此在最長的波長處會得到最高的分辨率。光學系統設計好后，再進行對應的機械結構設計和制作。