[發(fā)明專利]一種水環(huán)境在線監(jiān)測裝置及方法

在審

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• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107796800A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李文彩;陳堅
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥利弗莫爾儀器科技有限公司
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙)34115
• 代理人: 金凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種水環(huán)境在線監(jiān)測裝置及方法。

背景技術(shù)

水是人類賴以生存的基本要素，水質(zhì)環(huán)境的安全對整個人類的生存和發(fā)展至關(guān)重要。隨著現(xiàn)代社會、工業(yè)、經(jīng)濟的快速發(fā)展，各種工農(nóng)業(yè)污染事件不斷，水污染問題引起了全社會廣泛關(guān)注，而水質(zhì)監(jiān)測可以提供水質(zhì)信息，是水環(huán)境保護和污染治理的重要環(huán)節(jié)，因此實現(xiàn)水環(huán)境的快速自動在線監(jiān)測具有非常重要的意義。水質(zhì)監(jiān)測的傳統(tǒng)方法有電化學(xué)方法，氣相色譜法，原子吸收光譜分析法，以及分光光度法等。

電化學(xué)方法主要是利用物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)測定待測物質(zhì)的成分和含量，需要對待測樣品進行取樣分析，且采用化學(xué)方法容易對水環(huán)境產(chǎn)生二次污染，因而并不適用于水環(huán)境的在線監(jiān)測；氣相色譜法根據(jù)物質(zhì)的物理特性進行分析，不會對水環(huán)境產(chǎn)生污染，但是該方法能夠分析的污染物種類較少，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適用于水環(huán)境的多參數(shù)在線監(jiān)測；原子吸收光譜分析法，通過選擇合適的光源波長，測得原子的特征吸收波長確定污染物種類，根據(jù)吸收光譜的吸收程度確定污染物的濃度，該方法局限性較大，需要根據(jù)不同污染物選擇特定的光源，無法實現(xiàn)多參數(shù)同時監(jiān)測；分光光度法是根據(jù)物質(zhì)對光的選擇性吸收來實現(xiàn)污染物的檢測，是目前水質(zhì)監(jiān)測最普遍的方法，可以測量的污染物種類多樣，但是當(dāng)污染物濃度較高時，由于物質(zhì)吸收譜線的重疊，會得出錯誤的測量數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種水環(huán)境在線監(jiān)測裝置及方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種激發(fā)光源、光纖環(huán)形器和信號探測接收設(shè)備，所述激發(fā)光源通過傳輸光纖與光纖環(huán)形器連通，所述光纖環(huán)形器后側(cè)通過第一輸出光纖連接有真空腔，所述真空腔后側(cè)設(shè)有空心光子晶體光纖，所述信號探測接收設(shè)備通過第二輸出光纖與光纖環(huán)形器連通。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述激發(fā)光源為激光器結(jié)構(gòu)，所述激光器包括但不限于高功率多波長激光器。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述傳輸光纖與光纖環(huán)形器一端口連通，所述第一輸出光纖與光纖環(huán)形器二端口連通，所述第二輸出光纖與光纖環(huán)形器三端口連通。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述真空腔一側(cè)設(shè)有閥門，所述閥門通過管道連接有氣泵。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述信號探測收集系統(tǒng)內(nèi)包括光譜接收設(shè)備、探測器和檢測終端，所述光譜接收設(shè)備通過第二傳輸光纖與光纖環(huán)形器連通，所述光譜接收設(shè)備、探測器和檢測終端之間通過網(wǎng)絡(luò)連接。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述監(jiān)測方法包括以下步驟；

1)通過真空腔為空心光子晶體光纖兩端建立壓力差，使待測溶液進入空心光子晶體光纖內(nèi)形成監(jiān)測樣品。

2)啟動激發(fā)光源，并通過傳輸光纖、光纖環(huán)形器、第一輸出光纖將激發(fā)光傳輸?shù)娇招墓庾泳w光纖內(nèi)。

3)激發(fā)光與待測溶液在空心光子晶體光纖中相互作用并產(chǎn)生拉曼散射。

4)散射光波通過第一傳輸光纖、光纖環(huán)形器、第二輸出光纖進而信號探測收集系統(tǒng)內(nèi)。

5)通過信號探測收集系統(tǒng)對拉曼散射形成的光波進行探測收集并通過單色儀分析得出對應(yīng)的光譜，然后將單色儀監(jiān)測到的光譜與標(biāo)準(zhǔn)拉曼散射光譜進行比對進而得出待測溶液成分及濃度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，采用空心光子晶體光纖作為樣品池，采用光纖作為光的傳輸介質(zhì)，同時采用光纖環(huán)形器件作為分光元件，因而該系統(tǒng)為全光纖結(jié)構(gòu)，簡單輕便免維護，適合于各種應(yīng)用場合，且檢測靈敏度較高，同時還可以監(jiān)測多種數(shù)據(jù)，適合于痕量檢測也適用于高濃度的檢測。包含真空腔和光子晶體光纖的探測頭可置于監(jiān)測現(xiàn)場，然后通過光纖將信號傳輸至室內(nèi)進行采集與分析，因而可以有效的進行在線監(jiān)測，而且監(jiān)測效率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的原理示意圖。

圖中：1-激發(fā)光源、2-光纖環(huán)形器、3-真空腔、4-空心光子晶體光纖、5-光譜接收設(shè)備、6-傳輸光纖、7-第一輸出光纖、8-第二輸出光纖、9-閥門、10-氣泵、11-探測器、12-監(jiān)測終端、13-溶液池、14-信號探測收集系統(tǒng)。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。