新型在线水质光谱分析仪的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及光谱领域，尤其涉及一种新型在线水质光谱分析仪。
【背景技术】
[0002]目前，水作为人们生活的最重要资源，没有水就生命就难以维继，因此保护水的紧迫性其如同消灭雾霾一样。对水的检测和监测是对水的治理和保护中的重要一环，没有检测就不能对水样进行定性和定量，没有监测就不能对检测进行实时、持续地监管和跟踪，作为水质监测的一个发展方向，实时水质在线监测系统将在水质量管理中发挥越来越重要的作用。水质检测分析有多种，传统方法有化学分析、色谱分析、电化学分析等分析方法。
[0003]传统的靠多种传感器进行水质成份检测的方式，其每种成分对应一种传感器，多种成分对应多种传感器，该方式不仅成本高，而且设备体积也比较大。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种新型在线水质光谱分析仪，解决现有技术中成本高且设备体积较大的问题。
[0005]本实用新型提供了一种新型在线水质光谱分析仪，包括光路单元和电子单元，所述光路单元与所述电子单元进行连接;所述光路单元包括光源、透镜、准直镜、第一聚焦反射镜、衍射光栅、第二聚焦反射镜、数字微镜阵列和光电探测器;所述光源、透镜、准直镜和第一聚焦反射镜、衍射光栅、第二聚焦反射镜、数字微镜阵列和光电探测器依次排列；所述电子单元包括主控模块、光源驱动控制模块、电源管理模块、ADC数据采集模块、微镜驱动电路、温湿度传感器和显示单元;所述主控模块分别连接光源驱动控制模块、电源管理模块、ADC数据采集模块、微镜驱动模块、温湿度传感器和显示单元。
[0006]作为本实用新型的进一步改进，所述微镜驱动电路连接所述数字微镜阵;所述光源驱动控制模块连接所述光源。
[0007]作为本实用新型的进一步改进，所述光电探测器为单点光电探测器，所述衍射光栅为机械旋转衍射光栅。
[0008]作为本实用新型的进一步改进，所述光电探测器为线性阵列探测器，所述衍射光栅为固定位衍射光栅。
[0009]作为本实用新型的进一步改进，所述电子单元还设有存储模块、通信模块和接口模块;所述存储模块、通信模块和接口模块分别连接所述主控模块。
[0010]本实用新型的有益效果是:摒弃了传统的机械旋转衍射光栅以及CCD线性阵列探测器结构设计，采用了固定光栅加数字微镜技术来对波长进行选择，并通过高性能低成本的铟镓砷单点探测器进行光谱信号探测，这一方案达到了或超过了传统的光谱仪光路设计效果，并具有微小化和低成本的特点。
[0011]【【附图说明】】
[0012]图I为本实用新型新型在线水质光谱分析仪的结构示意图。
[0013]图2为现有技术中探测器和衍射光栅连接示意图。
[0014]图3为现有技术中探测器和衍射光栅又一连接示意图。
[0015]图4为本实用新型探测器和衍射光栅连接示意图。
[0016]【【具体实施方式】】
[0017]下面结合【附图说明】及【具体实施方式】对本实用新型进一步说明。
[0018]如图I，一种新型在线水质光谱分析仪，包括光路单元和电子单元，所述光路单元与所述电子单元进行连接;所述光路单元包括光源、透镜、准直镜、第一聚焦反射镜、衍射光栅、第二聚焦反射镜、数字微镜阵列和光电探测器;所述光源、透镜、准直镜和第一聚焦反射镜、衍射光栅、第二聚焦反射镜、数字微镜阵列和光电探测器依次排列;所述电子单元包括主控模块、光源驱动控制模块、电源管理模块、ADC数据采集模块、微镜驱动电路、温湿度传感器和显示单元;所述主控模块分别连接光源驱动控制模块、电源管理模块、ADC数据采集模块、微镜驱动模块、温湿度传感器和显示单元。
[0019]所述微镜驱动电路连接所述数字微镜阵;所述光源驱动控制模块连接所述光源。
[0020]所述光电探测器为单点光电探测器，所述衍射光栅为机械旋转衍射光栅。
[0021]所述光电探测器为线性阵列探测器，所述衍射光栅为固定位衍射光栅。
[0022]所述电子单元还设有存储模块、通信模块和接口模块;所述存储模块、通信模块和接口模块分别连接所述主控模块。
[0023]本新型在线水质光谱分析仪通过分析不同波长的光在整个光谱中的吸收或反射变化，可快速识别物质的成分和相关特性，每个波长的光的吸收量是依赖于材料的分子构成，这种吸收度是特定对应于材料，具有化学指纹的效果。光谱检测具有快速检测、操作简单、可重复性好、测量精度高的优点，非常适合于水样的快速在线分析。
[0024]而采用光谱技术进行水质成分分析后，无需多种传感器、也无需其他化学试剂来检测水质成分。通过分析水体物质成分的光谱信号就能定性和定量的进行分析。除此之外，本系统采用了新的光路设计来改造现有光谱仪光路结构，新的光路设计摒弃了传统的机械旋转衍射光栅以及CCD线性阵列探测器结构设计，采用了固定光栅加数字微镜技术来对波长进行选择，并通过高性能低成本的铟镓砷单点探测器进行光谱信号探测，这一方案达到了或超过了传统的光谱仪光路设计效果，并具有微小化和低成本的特点。
[0025]在一实施例中，本新型在线水质光谱分析仪的光路单元主要涉及到透镜、反射镜、衍射光栅、光电探测器，光路结构的设计核心采用以下两种方式，分别是采用单点(非阵列）探测器+机械旋转衍射光栅结构和采用线性阵列探测器+固定位衍射光栅结构，这两种方式的结构示意图如下图2和图3所示。
[0026]本实用新型采用了单点探测器+固定衍射光栅+数字微镜阵列的组合分光探测结构，其结构示意图如下图4所示，结构关键是对于聚焦反射后的衍射光路，通过数字微镜阵列选择性的选取特定波长范围内的光，然后再由单点探测器进行探测测量，其中选择特定波长的光到探测器的方法是通过选择性地打开或关闭微镜阵列中的某些镜面来将特定波长的光反射到单点探测器。与前两种光谱仪器分光结构相比，采用可编程的微镜阵列使得仪器系统能以高性能低成本的单个探测器来分析更多近物质成分，并且对仪器系统的小型化提供了很大便利。
[0027]电子单元：
[0028]本仪器电子单元主要包括ARM主控器、光源驱动控制电路、电源管理电路、ADC数据采集电路、微镜驱动电路、RS485模块、WIFI模块、IXD显示模块、LED指示灯、SD存储器、温湿度传感器、热敏电阻、锂电池、USB接口、IXD显示及按键电路。
[0029]在一实施例中，ARM主控器:采用STM32F407微处理器，其控制整个仪器系统的运行，处理器内部运行的是RTOS实时操作系统、WIFI通信协议、光谱分析程序，芯片提供外部接口与各个子电路进行通信;光源驱动控制电路:为光源提供恒定电流。电源管理电路:负责电池的充放电管理;ADC数据采集电路:用于采集探测器并进行模数转换;微镜驱动电路：通过24bit RGB总线接收来自主控ARM芯片的模式配置参数及数据，解析模式信息并将模式信息正确配置到数字微镜器件上，并同步微镜阵列器的所有信号，可直接单独控制单个镜面状态;光源驱动控制电路为光源提供恒定电流;温湿度传感器:采用HDC1000传感器，用于测量仪器工作的当前温度和湿度情况。
[0030]以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种新型在线水质光谱分析仪，其特征在于:包括光路单元和电子单元，所述光路单元与所述电子单元进行连接;所述光路单元包括光源、透镜、准直镜、第一聚焦反射镜、衍射光栅、第二聚焦反射镜、数字微镜阵列和光电探测器;所述光源、透镜、准直镜和第一聚焦反射镜、衍射光栅、第二聚焦反射镜、数字微镜阵列和光电探测器依次排列;所述电子单元包括主控模块、光源驱动控制模块、电源管理模块、ADC数据采集模块、微镜驱动电路、温湿度传感器和显示单元;所述主控模块分别连接光源驱动控制模块、电源管理模块、ADC数据采集模块、微镜驱动模块、温湿度传感器和显示单元。2.根据权利要求I所述的新型在线水质光谱分析仪，其特征在于:所述微镜驱动电路连接所述数字微镜阵;所述光源驱动控制模块连接所述光源;所述ADC数据采集模块连接所述光电探测器。3.根据权利要求I所述的新型在线水质光谱分析仪，其特征在于:所述光电探测器为单点光电探测器，所述衍射光栅为机械旋转衍射光栅。4.根据权利要求I所述的新型在线水质光谱分析仪，其特征在于:所述光电探测器为线性阵列探测器，所述衍射光栅为固定位衍射光栅。5.根据权利要求I所述的新型在线水质光谱分析仪，其特征在于:所述电子单元还设有存储模块、通信模块和接口模块;所述存储模块、通信模块和接口模块分别连接所述主控模块。
【专利摘要】本实用新型涉及光谱领域，其公开了一种新型在线水质光谱分析仪，包括光路单元和电子单元，所述光路单元与所述电子单元进行连接；所述光路单元包括光源、透镜、准直镜、第一聚焦反射镜、衍射光栅、第二聚焦反射镜、数字微镜阵列和光电探测器；所述光源、透镜、准直镜和第一聚焦反射镜、衍射光栅、第二聚焦反射镜、数字微镜阵列和光电探测器依次排列。本实用新型的有益效果是：超过了传统的光谱仪光路设计效果，并具有微小化和低成本的特点。
【IPC分类】G01N21/31, G01N21/25
【公开号】CN205157414
【申请号】CN201520927243
【发明人】杨青, 李明, 王新明, 段勇, 杨丰
【申请人】成都克瑞斯科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月19日