一种基于光谱分析的水质检测装置和方法

本发明涉及水质检测，尤其是涉及一种基于光谱分析的水质检测装置和方法。

背景技术：

1、随着水污染问题的日益严重，水质检测变得越来越重要。在众多的水质污染中，有机污染占据了其中的一大部分，其形成原因多样、成分复杂、种类繁多，是水质检测与防治的重中之重，如不及时检测和治理，将会对人类生活以及生态环境造成极大破坏。水质检测领域常用化学需氧量cod(chemical oxygen demand)衡量水中有机物浓度，其值等于在一定的条件下使用氧化剂对水样进行处理时所消耗的量。化学需氧量cod值越高，表明水样中的有机物污染越严重。

2、传统cod测定常采用化学方法，如重铬酸盐回流法、高锰酸钾氧化法和快速消解分光光度法等。重铬酸盐回流法是检测水质cod的经典标准方法，测量数据准确可靠，但实验操作不便、成本较高、实验设备体积大，不适用于多场景的测量，同时水冷却回流加热时间长达两小时，不能满足实时检测的要求；高锰酸钾氧化法污染较小、操作快速简便、适用于各种场合，但只能将测试水样中的部分有机物氧化，不能完全反映出水样中的总体有机物含量；快速消解分光光度法所用的化学试剂量较少，检测时间也大大缩短，但其泛用性不强，只能用在特定场合，且测量的精度与稳定性相对较差，不适合精密测量的场合。综上所述，采用化学手段进行cod测定不仅操作繁琐，且检测时间长，不能满足实时检测的要求，且引入了化学试剂，可能导致产生二次污染。

3、光谱分析技术由于其快速、灵敏和非接触的特点，逐渐成为cod检测的重要手段。然而现有的光谱分析仪器多为实验室设备，体积大且价格昂贵，不适用于现场实时检测。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于光谱分析的水质检测装置和方法，解决上述背景技术中提出的问题，具有集成度高便携、测量速度快、测量准确度高、操作简单和具备交互功能的优点，适用于水样cod参数的快速测量。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于光谱分析的水质检测装置和方法，包括机箱，所述机箱内设置有隔板层，所述隔板层上设置有光源、光谱仪，arm主控嵌入式主板和电源模块，所述隔板层的下方设置有空腔，所述空腔内设置有透射率测量支架，所述透射率测量支架的上方设置有比色皿。

3、优选的，所述透射率测量支架包括金属支架，所述金属支架上开设有u型凹槽，所述u型凹槽的两侧均开设有通孔一，所述通孔一内设置有光纤准直镜，所述光纤准直镜的外侧和光纤接口相连接，所述光纤接口设置有两个，两个所述光纤接口分别通过光纤一和光纤二与所述光源和所述光谱仪相连接；所述u型凹槽内设置有所述比色皿。

4、优选的，所述隔板层上开设有供所述光纤一和所述光纤二穿过的通孔二。

5、优选的，所述电源模块分别与所述光源和所述光谱仪连接进行供电，所述光谱仪通过usb线和所述arm主控嵌入式主板相连接；

6、所述光源上设置有输出端口，所述输出端口和所述光纤一相连接；所述光谱仪上设置有光输入端口，所述光输入端口和所述光纤二相连接。

7、优选的，所述机箱的顶部设置有倾斜顶面，所述倾斜顶面上设置有触控显示模块和电源开关，所述电源开关设置在所述触控显示模块的下方；所述电源开关通过电源连接线和所述电源模块相连接。

8、优选的，所述机箱的前侧设置有机盖，所述机盖和所述机箱铰接连接。

9、优选的，所述光源为氙灯光源，波长为200nm-800nm。

10、优选的，所述比色皿为石英比色皿。

11、优选的，所述触控显示模块用于实时显示水质检测结果和操作界面，所述触控显示模块上设置的图形界面软件的ui使用qt软件编写，所述操作界面上设置有检测结果的显示控件、操作按钮组控件和信息提示控件。

12、一种基于光谱分析的水质检测装置的检测方法，包括以下步骤：

13、步骤一：接通电源连接线，按下电源开关，为光源、光谱仪以及arm主控嵌入式主板供电；

14、步骤二：将纯净水样装入比色皿中，放置于透射率测量支架上，点击触控显示模块上的初始化按钮，通过usb线驱动光谱仪进行多次采集光谱，记录光谱数据，将其均值作为初始光谱，并实现零cod的校准；

15、步骤三：将比色皿中的纯净水样替换成待测水样，并点击qt软件界面上的开始按钮；

16、步骤四：arm主控嵌入式主板通过usb线驱动光谱仪进行多次采集光谱，并将多次采集的均值作为透射光谱；

17、步骤五：将透射光谱在254nm处的值与初始光谱的254nm处的值代入吸光度计算公式中，得到待测液在254nm处的吸光度，用上述方法计算出546nm处的吸光度；

18、步骤六：使用双波长法，消除浊度对254nm处吸光度的影响，计算出透射光谱在254nm处由于cod影响而产生的吸光度；

19、步骤七：将得到的254nm处的吸光度代入吸光度-cod含量公式，计算得到待测样品溶液的cod值，触控显示模块显示对应的cod值。

20、因此，本发明采用上述结构的一种基于光谱分析的水质检测装置和方法，具有以下有益效果：

21、(1)本发明采用光谱分析方法进行cod测量，避免使用化学药品测定导致二次污染。

22、(2)本发明中的水质检测装置集成度高，整体结构简单，测量步骤简单，水样检测的等待时间短，可实时快速检测，通过触控屏交互使得测量的结果更直观。

23、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种基于光谱分析的水质检测装置，其特征在于：包括机箱，所述机箱内设置有隔板层，所述隔板层上设置有光源、光谱仪，arm主控嵌入式主板和电源模块，所述隔板层的下方设置有空腔，所述空腔内设置有透射率测量支架，所述透射率测量支架的上方设置有比色皿。

2.根据权利要求1所述的一种基于光谱分析的水质检测装置，其特征在于：所述透射率测量支架包括金属支架，所述金属支架上开设有u型凹槽，所述u型凹槽的两侧均开设有通孔一，所述通孔一内设置有光纤准直镜，所述光纤准直镜的外侧和光纤接口相连接，所述光纤接口设置有两个，两个所述光纤接口分别通过光纤一和光纤二与所述光源和所述光谱仪相连接；所述u型凹槽内设置有所述比色皿。

3.根据权利要求2所述的一种基于光谱分析的水质检测装置，其特征在于：所述隔板层上开设有供所述光纤一和所述光纤二穿过的通孔二。

4.根据权利要求3所述的一种基于光谱分析的水质检测装置，其特征在于：所述电源模块分别与所述光源和所述光谱仪连接进行供电，所述光谱仪通过usb线和所述arm主控嵌入式主板相连接；

5.根据权利要求4所述的一种基于光谱分析的水质检测装置，其特征在于：所述机箱的顶部设置有倾斜顶面，所述倾斜顶面上设置有触控显示模块和电源开关，所述电源开关设置在所述触控显示模块的下方；所述电源开关通过电源连接线和所述电源模块相连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于光谱分析的水质检测装置，其特征在于：所述机箱的前侧设置有机盖，所述机盖和所述机箱铰接连接。

7.根据权利要求5所述的一种基于光谱分析的水质检测装置，其特征在于：所述光源为氙灯光源，波长为200nm-800nm。

8.根据权利要求5所述的一种基于光谱分析的水质检测装置，其特征在于：所述比色皿为石英比色皿。

9.根据权利要求5所述的一种基于光谱分析的水质检测装置，其特征在于：所述触控显示模块用于实时显示水质检测结果和操作界面，所述触控显示模块上设置的图形界面软件的ui使用qt软件编写，所述操作界面上设置有检测结果的显示控件、操作按钮组控件和信息提示控件。

10.应用上述权利要求1-9所述的一种基于光谱分析的水质检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种基于光谱分析的水质检测装置和方法，涉及水质检测技术领域，包括机箱，所述机箱内设置有隔板层，所述隔板层上设置有光源、光谱仪，ARM主控嵌入式主板和电源模块，所述隔板层的下方设置有空腔，所述空腔内设置有透射率测量支架，所述透射率测量支架的上方设置有比色皿。本发明采用上述结构的一种基于光谱分析的水质检测装置和方法，采用光谱分析方法进行COD测量，避免使用化学药品测定导致二次污染，且装置结构简单，且测量步骤简单，水样检测等待时间短，可实时快速检测，并通过触控屏交互使得测量结果更直观。技术研发人员：裴雅鹏,金雨欣,赵学进,王永凯,杨军受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17