一种基于激光击穿阈值的水质检测方法与流程

本发明属于水质检测领域，具体涉及一种基于激光击穿阈值的水质检测方法。

背景技术：

1、水既是人体必需的物质，也是工业上常用的绝缘、冷却介质和化学载体。因此，水的品质对于生命健康和工业安全非常重要。为了及时发现和解决潜在的水质问题，需要对水质状况进行监测和评估。

2、目前市场上的水质检测方法主要采用现场人工取样和实验室分析来确定水中杂质成分及含量，需要监测人员对现场进行合理分布取样，并经过反复回采才能确定水样代表性和准确度。操作繁琐复杂，耗时长，设备昂贵，不具备实时监测的能力。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于激光击穿阈值的水质检测方法，通过水的激光击穿阈值判断水质纯度，用于超纯水的生产品控，可以快速进行水质检测。通过实验建立的水纯度与激光击穿阈值的线性函数，可以对水的纯度进行实时监测和在线评估。基于该方法进行水质检测，具有成本低、响应速度快、部署灵活、实时高效的特点，可以为工业、生活用水的水质监控提供支持。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于激光击穿阈值的水质检测方法，所述方法基于一种基于激光击穿阈值的水质检测装置，所述装置包括激光击穿光路单元、击穿信号探测单元以及信号处理单元，所述激光击穿光路单元用于结合预存的水纯度与激光击穿阈值的线性函数发射预设强度的激光信号，所述击穿信号探测单元用于在激光强度高于待检测水体的激光击穿阈值时，探测等离子体火花，所述信号处理单元用于根据接收到的光强信号和等离子体火花信号，结合预存的水纯度与激光击穿阈值的线性函数判定待检测水体的水纯度是否优于设定水纯度标准；

3、所述方法利用激光击穿光路单元发射预设强度的激光信号，连续击打待检测水体，当在检测周期内未观测到等离子体火花信号或水体击穿概率小于预存的线性函数中激光击穿阈值对应的概率，即判定待检测水体的水纯度优于设定水纯度标准；当产生等离子体火花信号，并且水体击穿概率达到预设概率时，判定待检测水体的水纯度低于设定水纯度标准。

4、进一步，所述信号处理单元还用于计算待检测水体纯度，将水体击穿概率达到预设概率时的激光强度记为所述水体击穿概率下的激光击穿阈值，根据激光击穿阈值，结合预存的水纯度与激光击穿阈值的线性函数计算相应的待检测水体纯度。

5、进一步，当水体击穿概率小于预设概率时，所述信号处理单元控制所述激光击穿光路单元以预设步长增加激光脉冲能量，直至水体击穿概率达到预设概率；当水体击穿概率大于预设概率时，所述信号处理单元控制所述激光击穿光路单元以预设步长降低激光脉冲能量，直至水体击穿概率达到预设概率。

6、进一步，所述预存的水纯度与激光击穿阈值的线性函数通过测定不同已知纯度水体的激光击穿阈值，建立所述水体击穿概率下的水纯度与激光击穿阈值的线性函数。

7、进一步，水体击穿概率p＝nspark/nlaser，其中nlaser为测量周期内输出的激光脉冲数量，nspark为测量周期内输出的闪光脉冲信号数量。

8、进一步，所述预设概率范围为0<p≤100。

9、进一步，所述激光击穿光路单元包括激光产生装置、激光能量检测装置和聚焦透镜，所述激光产生装以预设频率持续产生预设强度的激光，激光通过分光片分成两束激光，第一束激光被所述激光能量检测装置实时监测激光束强度并传输到信号处理单元，第二束激光通过聚焦透镜聚焦于待检测水样内部。

10、进一步，所述击穿信号探测单元包括等离子体火花检测装置、聚焦透镜以及激光高反片，所述聚焦透镜以及所述激光高反片均设置于所述等离子体火花检测装置前侧。

11、进一步，在待检测水体的另一侧设置挡板，以防止激光从挡板侧穿过。

12、进一步，所述激光击穿光路单元发射的激光信号的预设强度根据设定水纯度标准及预存的水纯度与激光击穿阈值的线性函数进行计算。

13、本发明的有益技术效果在于：本发明公开的一种基于激光击穿阈值的水质检测方法，利用激光产生装置连续击打待检测水体，当产生的等离子体火花信号达到一定概率时采集此时的激光强度，由此得到激光击穿阈值，通过水纯度与激光击穿阈值的线性函数得到相应的水样纯度，以达到实时监测水质的目的。利用水体激光击穿现象进行分析水质纯度的检测评价，具有成本低、响应速度快、部署灵活、实时高效的特点，在工业、生活用水的监控等领域具有广泛的应用价值。

技术特征：

1.一种基于激光击穿阈值的水质检测方法，所述方法基于一种基于激光击穿阈值的水质检测装置，所述装置包括激光击穿光路单元、击穿信号探测单元以及信号处理单元，所述激光击穿光路单元用于结合预存的水纯度与激光击穿阈值的线性函数发射预设强度的激光信号，所述击穿信号探测单元用于在激光强度高于待检测水体的激光击穿阈值时，探测等离子体火花，所述信号处理单元用于根据接收到的光强信号和等离子体火花信号，结合预存的水纯度与激光击穿阈值的线性函数判定待检测水体的水纯度是否优于设定水纯度标准；

2.如权利要求1所述的一种基于激光击穿阈值的水质检测方法，其特征在于：所述信号处理单元还用于计算待检测水体纯度，将水体击穿概率达到预设概率时的激光强度记为所述水体击穿概率下的激光击穿阈值，根据激光击穿阈值，结合预存的水纯度与激光击穿阈值的线性函数计算相应的待检测水体纯度。

3.如权利要求1所述的一种基于激光击穿阈值的水质检测方法，其特征在于：当水体击穿概率小于预设概率时，所述信号处理单元控制所述激光击穿光路单元以预设步长增加激光脉冲能量，直至水体击穿概率达到预设概率；当水体击穿概率大于预设概率时，所述信号处理单元控制所述激光击穿光路单元以预设步长降低激光脉冲能量，直至水体击穿概率达到预设概率。

4.如权利要求1所述的一种基于激光击穿阈值的水质检测方法，其特征在于：所述预存的水纯度与激光击穿阈值的线性函数通过测定不同已知纯度水体的激光击穿阈值，建立所述水体击穿概率下的水纯度与激光击穿阈值的线性函数。

5.如权利要求1所述的一种基于激光击穿阈值的水质检测方法，其特征在于：水体击穿概率p＝nspark/nlaser，其中nlaser为测量周期内输出的激光脉冲数量，nspark为测量周期内输出的闪光脉冲信号数量。

6.如权利要求1所述的一种基于激光击穿阈值的水质检测方法，其特征在于：所述预设概率范围为0<p≤100。

7.如权利要求1所述的一种基于激光击穿阈值的水质检测方法，其特征在于：所述激光击穿光路单元包括激光产生装置、激光能量检测装置和聚焦透镜，所述激光产生装以预设频率持续产生预设强度的激光，激光通过分光片分成两束激光，第一束激光被所述激光能量检测装置实时监测激光束强度并传输到信号处理单元，第二束激光通过聚焦透镜聚焦于待检测水样内部。

8.如权利要求6所述的一种基于激光击穿阈值的水质检测方法，其特征在于：所述击穿信号探测单元包括等离子体火花检测装置、聚焦透镜以及激光高反片，所述聚焦透镜以及所述激光高反片均设置于所述等离子体火花检测装置前侧。

9.如权利要求8所述的一种基于激光击穿阈值的水质检测方法，其特征在于：在待检测水体的另一侧设置挡板，以防止激光从挡板侧穿过。

10.如权利要求1所述的一种基于激光击穿阈值的水质检测方法，其特征在于：所述激光击穿光路单元发射的激光信号的预设强度根据设定水纯度标准及预存的水纯度与激光击穿阈值的线性函数进行计算。

技术总结本发明涉及一种基于激光击穿阈值的水质检测方法，通过事先测定不同已知纯度水体的激光击穿阈值，建立水纯度与激光击穿阈值的线性函数，发射预设强度的激光信号，连续击打待检测水体，当在检测周期内水体击穿概率低于预设概率时，判定待检测水体的水纯度优于设定标准；当产生等离子体火花信号，并且水体击穿概率达到预设概率时，将此时的激光强度记为该水体击穿概率下的激光击穿阈值；根据激光击穿阈值，结合水纯度与激光击穿阈值的线性函数计算相应的待检测水体纯度。采用本发明中公开的方法，具有成本低、响应速度快、部署灵活、实时高效的特点，为工业、生活用水的水质监控提供可靠技术支持，具有广泛的应用价值。技术研发人员：田雨薇,王远航,高智星,何运受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/9/12