一种拉曼光谱水质原位监测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种拉曼光谱水质原位监测装置，利用脉冲信号发生器控制微型步进电机对光视窗进行清洗；然后，开启半导体激光发生器发生激光，经过入射光纤探头进入清洗室中水体；拉曼光谱接收光纤探头经滤光片除去瑞利散射后通过CCD光电探测器进行信号转换，利用信号放大器对信号放大增强；利用A/D信号转换器进行模数信号转换，数据保存与显示，通过3G信号发射器或者RS485接口将数据最终传至计算机。原理结构简单，无需消耗检测试剂，操作方便，测量精度高，同时可实现探头装置自动清洗，可用于野外河流、湖泊、污水等水质原位监测，具有广泛的应用前景。
【专利说明】一种拉曼光谱水质原位监测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水质检测装置【技术领域】，特别涉及一种拉曼光谱水质原位监测装置，同时可实现监测探头自清洗功能。
【背景技术】
[0002]随着经济社会的快速发展，水环境污染问题日益严重，实施水环境污染控制与治理势在必行，在这个过程中，对河流、湖泊等水体进行水质要素实时监测是掌握水环境概况的首要任务。当前水质实时监测方法主要有传统化学分析、电化学分析和光谱分析等，其中化学分析检测需要样品采集、检测试剂消耗，耗时长，比较而言，光谱分析法则无需检测试齐?、方便快速等优势，非常适合河流、湖泊、城市污水等水体水质快速在线监测。光谱分析法主要有吸收光谱法、荧光光谱法、高光谱遥感法、拉曼光谱法等，其中原子吸收光谱法检测精度高，但耗能高，体积大，不适合野外实时监测；高光谱遥感法精度低，多用于定性分析；荧光分析法仅对具有荧光效应的有机物检测具有较强优势，存在一定局限性；而拉曼光谱分析能全面、快速有效地进行水中物质成分检测，适用于各种物质形态、成分检测，常用于室内检测，无法进行野外水质原位监测应用，尤其当监测探头长期置于水体中会导致探头的光视窗附着污染物，其检测结果不准确，进而需要经常清洗。
【发明内容】
[0003]鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种拉曼光谱水质原位监测装置，以解决拉曼光谱水质野外监测应用及装置不能自清洗的问题，便于开展野外水质原位实时监测。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种拉曼光谱水质原位监测装置，包括固定杆、电源装置、半导体激光发生器、拉曼光谱采集装置、控制单片机、信号处理模块、数据处理模块、自清洗装置，所述拉曼光谱采集装置包括滤光片、入射光纤探头、接收光纤探头、CCD光电探测器；信号处理模块包括信号放大器、A/D信号转换器；数据处理模块包括数据存储及显示器、3G信号发射器；自清洗装置包括脉冲信号发生器、清洗室、微型步进电机、连接杆、清洗活塞、过滤网。
[0005]具体地，所述电源装置和清洗室固定于固定杆上，电源装置与控制单片机连接，脉冲信号发生器与微型步进电机连接，微型步进电机位于清洗室的一端，清洗室的另一端设有过滤网，清洗室内设有清洗活塞，清洗活塞通过连接杆与步进电机连接，清洗室的底部设有出水孔，清洗室的顶部设有光视窗，清洗室的顶部还设有入射光线探头和接收光纤探头，入射光线探头与半导体激光发射器连接，接收光纤探头与滤光片连接，滤光片依次通过CCD光电探测器、信号放大器、A/D信号转换器、数据存储及显示器、3G信号发射器与计算机连接。
[0006]具体地，所述控制单片机与半导体激光发生器、脉冲信号发生器、CXD光电探测器、信号放大器、A/D信号转换器、数据存储及显示器、3G信号发射器连接控制，控制单片机是所有分体装置的控制中心，进行一次测量时，首先通过控制单片机给出指令。
[0007]具体地，考虑到野外实地电源条件存在不便的情况下，所述电源装置采用风光互补供电装置。
[0008]本实用新型具有以下有益效果:本实用新型利用脉冲信号发生器控制微型步进电机对光视窗进行清洗；然后，开启半导体激光发生器发生激光，经过入射光纤探头进入清洗室中水体；拉曼光谱接收光纤探头经滤光片除去瑞利散射后通过CCD光电探测器进行信号转换，利用信号放大器对信号放大增强；利用A/D信号转换器进行模数信号转换，数据保存与显示，通过3G信号发射器或者RS485接口将数据最终传至计算机。原理结构简单，无需消耗检测试剂，操作方便，测量精度高，同时可实现探头装置自动清洗，可用于野外河流、湖泊、污水等水质原位监测，具有广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型的结构示意图。
[0010]图中，1、固定杆，2、电源装置，3、脉冲信号发生器，4、半导体激光发生器，5、控制单片机，6、滤光片，7、(XD光电探测器，8、信号放大器，9、A/D信号转换器，10、数据存储及显示器,11、3G信号发射器,12、入射光纤探头，13、接收光纤探头，14、光视窗，15、清洗室，16、过滤网，17、清洗活塞，18、出水孔，19、连接杆，20、微型步进电机，21、计算机。
【具体实施方式】
[0011]现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
[0012]如图1所示，一种拉曼光谱水质原位监测装置，包括固定杆1、电源装置2、半导体激光发生器4、拉曼光谱采集装置、控制单片机5、信号处理模块、数据处理模块、自清洗装置，所述拉曼光谱采集装置包括滤光片6、入射光纤探头12、接收光纤探头13、CCD光电探测器7 ;信号处理模块包括信号放大器8、A/D信号转换器9 ;数据处理模块包括数据存储及显示器10、3G信号发射器11 ；自清洗装置包括脉冲信号发生器3、清洗室15、微型步进电机20、连接杆19、清洗活塞17、过滤网16。
[0013]具体地，所述电源装置2和清洗室15固定于固定杆1上，电源装置2与控制单片机5连接，脉冲信号发生器3与微型步进电机20连接，微型步进电机20位于清洗室15的一端，清洗室15的另一端设有过滤网16，清洗室15内设有清洗活塞17，清洗活塞17通过连接杆19与步进电机20连接，清洗室15的底部设有出水孔18，清洗室15的顶部设有光视窗14，清洗室15的顶部还设有入射光线探头12和接收光纤探头13，入射光线探头12与半导体激光发射器4连接，接收光纤探头13与滤光片6连接，滤光片6依次通过CCD光电探测器7、信号放大器8、A/D信号转换器9、数据存储及显示器10、3G信号发射器11与计算机21连接。
[0014]具体地，所述控制单片机5与半导体激光发生器4、脉冲信号发生器3、(XD光电探测器7、信号放大器8、A/D信号转换器9、数据存储及显示器10、3G信号发射器11连接控制，控制单片机是所有分体装置的控制中心，进行一次测量时，首先通过控制单片机给出指令。
[0015]具体地，考虑到野外实地电源条件存在不便的情况下，所述电源装置2采用风光互补供电装置。
[0016]具体地，利用脉冲信号发生器控制微型步进电机对光视窗进行自动清洗，清洗完成后，通过控制单片机开启半导体激光发生器发生激光，经过入射光纤探头进入清洗室中水体；激光进入水体后，会产生除拉曼光谱信号以外的瑞利散射或者荧光等杂质信号，通过接收光纤探头初步采集光信号后经滤光片除去瑞利散射和荧光光谱信号，然后传入CCD光电探测器进行光电信号转换；通常由于拉曼信号较弱，需利用信号放大器进行信号放大增强，同时利用A/D信号转换器进行模数信号转换，实现光信号到数字信号的转换，并进行数据保存与显示；将采集到的数据，通过3G信号发射器或者RS485接口传至计算机终端，进行数据的分析处理。
[0017]本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。
[0018]本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
【权利要求】
1.一种拉曼光谱水质原位监测装置，其特征在于，包括固定杆、电源装置、半导体激光发生器、拉曼光谱采集装置、控制单片机、信号处理模块、数据处理模块、自清洗装置，所述拉曼光谱采集装置包括滤光片、入射光纤探头、接收光纤探头、CCD光电探测器；信号处理模块包括信号放大器、A/D信号转换器；数据处理模块包括数据存储及显示器、3G信号发射器；自清洗装置包括脉冲信号发生器、清洗室、微型步进电机、连接杆、清洗活塞、过滤网。
2.根据权利要求1所述的拉曼光谱水质原位监测装置，其特征在于，所述电源装置和清洗室固定于固定杆上，电源装置与控制单片机连接，脉冲信号发生器与微型步进电机连接,微型步进电机位于清洗室的一端,清洗室的另一端设有过滤网，清洗室内设有清洗活塞，清洗活塞通过连接杆与步进电机连接，清洗室的底部设有出水孔，清洗室的顶部设有光视窗，清洗室的顶部还设有入射光线探头和接收光纤探头，入射光线探头与半导体激光发射器连接，接收光纤探头与滤光片连接，滤光片依次通过CCD光电探测器、信号放大器、A/D信号转换器、数据存储及显示器、3G信号发射器与计算机连接。
3.根据权利要求1所述的拉曼光谱水质原位监测装置，其特征在于，所述控制单片机与半导体激光发生器、脉冲信号发生器、CCD光电探测器、信号放大器、A/D信号转换器、数据存储及显示器、3G信号发射器连接控制。
4.根据权利要求1所述的拉曼光谱水质原位监测装置，其特征在于，所述电源装置采用风光互补供电装置。
【文档编号】G01N21/65GK204101462SQ201420612959
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】范明元, 仕玉治, 杨小凤, 刘海娇 申请人:山东省水利科学研究院