[發(fā)明專利]一種基于時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)的非門控液體濁度測(cè)量裝置的測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410168614.0
• 申請(qǐng)日: 2014-04-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103969222A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王煥欽;楊義新;黃哲;桂華僑;劉建國(guó);曹會(huì)彬;王杰;程寅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01N21/49
• 分類號(hào): G01N21/49
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所 34115
• 代理人: 奚華保

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)的非門控液體濁度測(cè)量裝置的測(cè)量方法，屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

濁度(Turbidity)是衡量水質(zhì)的綜合指標(biāo)，同時(shí)也是監(jiān)測(cè)水污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化的一項(xiàng)重要指標(biāo)。目前，各國(guó)廣泛將濁度作為水凈化效果好壞的標(biāo)志。雖然水中的無(wú)機(jī)物、泥砂不一定直接有害健康，但它們能吸附細(xì)菌、病毒及寄生蟲(chóng)，是一種潛在的不安全因素。有資料表明，隨濾后水的濁度增加，病毒性傳染病發(fā)病率有增大傾向。美國(guó)國(guó)家環(huán)保(USEPA)進(jìn)行的研究表明，將出廠水濁度降至0.5NTU，可大大降低原蟲(chóng)的傳播，而濁度低于0.3NTU，原蟲(chóng)去除率達(dá)99％，當(dāng)濁度低于0.1NTU時(shí)，去除率甚至可高達(dá)99.9％[1]。因此，隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)飲用水低濁度的要求也越來(lái)越高。

然而，當(dāng)液體濁度越低，測(cè)量時(shí)其散射光強(qiáng)也越弱，因此，常用的低靈敏度探測(cè)器，如光電倍增管、真空二極管、硅二極管以及硫化鎘光導(dǎo)體等[2]都難以滿足低濁度液體精確測(cè)量的要求，同時(shí)在使用時(shí)還需要復(fù)雜的多級(jí)放大電路，以檢測(cè)微弱的信號(hào)，這必將引入非線性誤差，影響測(cè)量精度。另外，其復(fù)雜的電路系統(tǒng)以及耗時(shí)的微弱模擬信號(hào)處理過(guò)程也將導(dǎo)致系統(tǒng)測(cè)量的實(shí)時(shí)性受限，例如，美國(guó)HACH公司推出的1720E型濁度儀，測(cè)量時(shí)間為1-5分鐘，很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)量[3]；另外，HACH公司于80年代末推出一款2100A型實(shí)驗(yàn)室濁度儀，其運(yùn)用鎢鹵燈作為光源，測(cè)量范圍為0-1000NTU，測(cè)量精度可達(dá)0.01，但是由于采用了多個(gè)用于接收光束的硅光二極管，從不同角度接收散射光信號(hào)，其結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，難以小型化[4-7]；與美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)的溶液濁度檢測(cè)技術(shù)研究起步較晚，技術(shù)性能與國(guó)外濁度檢測(cè)技術(shù)有著非常大的差距。目前，國(guó)內(nèi)常用的溶液濁度檢測(cè)裝置一般是基于濁液的散射光特性進(jìn)行分析，但是由于光強(qiáng)信息的轉(zhuǎn)化方式以及對(duì)轉(zhuǎn)化結(jié)果的分析方法的不準(zhǔn)確，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果精度低，穩(wěn)定性與實(shí)時(shí)性差，很難適用于對(duì)指標(biāo)要求較高的低濁度溶液實(shí)時(shí)檢測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，劉建國(guó)等公開(kāi)了一種門限式激光液體濁度測(cè)量裝置和測(cè)量方法[8]，其光電探測(cè)器采用了高靈敏度雪崩光電探測(cè)模塊，能探測(cè)較微弱的光信號(hào)，但仍存在以下幾個(gè)問(wèn)題：首先，上述測(cè)量方法采用了門控式的測(cè)量裝置，需要延時(shí)模塊以及門控信號(hào)，在實(shí)際測(cè)量時(shí)需要精確調(diào)節(jié)延時(shí)模塊尋找被測(cè)信號(hào)，因此，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且操作不便；其次，上述測(cè)量方法的光電傳感器件輸出為微弱的皮安級(jí)電流信號(hào)，需要精密的電流電壓轉(zhuǎn)換以及放大電路，系統(tǒng)的靈敏度與精度受限；最后，上述測(cè)量方法未采用基于統(tǒng)計(jì)原理的時(shí)間相關(guān)的方法，因此測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定性較差。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外的各種濁度測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，很難同時(shí)兼顧高精度與實(shí)時(shí)在線檢測(cè)；同時(shí)，國(guó)產(chǎn)濁度計(jì)低的測(cè)量精度和差的實(shí)時(shí)性，均很難與國(guó)外類似產(chǎn)品的性能相比較，因此設(shè)計(jì)一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高精度、高靈敏度、快速實(shí)時(shí)的液體濁度在線測(cè)量系統(tǒng)是本發(fā)明需要解決的一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容。

現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)：

[1]《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》CJ/T206-2005講讀http://www.gaomi.gov.cn/News.Asp？Id＝12448

[2]Sadar,M.J.Understanding Turbidity Science,Technical Information Series,Booklet11；HachCompany,Loveland,CO,USA,1996.

[3]Hach Company,1720E Turbidimeter User Manual,

http://www.hach.com/1720e-low-range-process-turbidimeter-turbidity-sensor-only/product-downloads？id＝7640457219&callback＝bc(2013)

[4]Hach Company,2100-N laboratory turbidimeter application instruction.

[5]Hach Company,2100-AN laboratory turbidimeter application instruction.

[6]Hach Company,2100-NIS laboratory turbidimeter application instruction.