新型在線水質(zhì)光譜分析儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實用新型涉及光譜領(lǐng)域，尤其涉及一種新型在線水質(zhì)光譜分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，水作為人們生活的最重要資源，沒有水就生命就難以維繼，因此保護水的緊迫性其如同消滅霧霾一樣。對水的檢測和監(jiān)測是對水的治理和保護中的重要一環(huán)，沒有檢測就不能對水樣進行定性和定量，沒有監(jiān)測就不能對檢測進行實時、持續(xù)地監(jiān)管和跟蹤，作為水質(zhì)監(jiān)測的一個發(fā)展方向，實時水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)將在水質(zhì)量管理中發(fā)揮越來越重要的作用。水質(zhì)檢測分析有多種，傳統(tǒng)方法有化學分析、色譜分析、電化學分析等分析方法。
[0003]傳統(tǒng)的靠多種傳感器進行水質(zhì)成份檢測的方式，其每種成分對應一種傳感器，多種成分對應多種傳感器，該方式不僅成本高，而且設(shè)備體積也比較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本實用新型提供了一種新型在線水質(zhì)光譜分析儀，解決現(xiàn)有技術(shù)中成本高且設(shè)備體積較大的問題。
[0005]本實用新型提供了一種新型在線水質(zhì)光譜分析儀，包括光路單元和電子單元，所述光路單元與所述電子單元進行連接;所述光路單元包括光源、透鏡、準直鏡、第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測器;所述光源、透鏡、準直鏡和第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測器依次排列；所述電子單元包括主控模塊、光源驅(qū)動控制模塊、電源管理模塊、ADC數(shù)據(jù)采集模塊、微鏡驅(qū)動電路、溫濕度傳感器和顯示單元;所述主控模塊分別連接光源驅(qū)動控制模塊、電源管理模塊、ADC數(shù)據(jù)采集模塊、微鏡驅(qū)動模塊、溫濕度傳感器和顯示單元。
[0006]作為本實用新型的進一步改進，所述微鏡驅(qū)動電路連接所述數(shù)字微鏡陣;所述光源驅(qū)動控制模塊連接所述光源。
[0007]作為本實用新型的進一步改進，所述光電探測器為單點光電探測器，所述衍射光柵為機械旋轉(zhuǎn)衍射光柵。
[0008]作為本實用新型的進一步改進，所述光電探測器為線性陣列探測器，所述衍射光柵為固定位衍射光柵。
[0009]作為本實用新型的進一步改進，所述電子單元還設(shè)有存儲模塊、通信模塊和接口模塊;所述存儲模塊、通信模塊和接口模塊分別連接所述主控模塊。
[0010]本實用新型的有益效果是:摒棄了傳統(tǒng)的機械旋轉(zhuǎn)衍射光柵以及CCD線性陣列探測器結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用了固定光柵加數(shù)字微鏡技術(shù)來對波長進行選擇，并通過高性能低成本的銦鎵砷單點探測器進行光譜信號探測，這一方案達到了或超過了傳統(tǒng)的光譜儀光路設(shè)計效果，并具有微小化和低成本的特點。
[0011]【【附圖說明】】
[0012]圖I為本實用新型新型在線水質(zhì)光譜分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中探測器和衍射光柵連接示意圖。
[0014]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中探測器和衍射光柵又一連接示意圖。
[0015]圖4為本實用新型探測器和衍射光柵連接示意圖。
[0016]【【具體實施方式】】
[0017]下面結(jié)合【附圖說明】及【具體實施方式】對本實用新型進一步說明。
[0018]如圖I，一種新型在線水質(zhì)光譜分析儀，包括光路單元和電子單元，所述光路單元與所述電子單元進行連接;所述光路單元包括光源、透鏡、準直鏡、第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測器;所述光源、透鏡、準直鏡和第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測器依次排列;所述電子單元包括主控模塊、光源驅(qū)動控制模塊、電源管理模塊、ADC數(shù)據(jù)采集模塊、微鏡驅(qū)動電路、溫濕度傳感器和顯示單元;所述主控模塊分別連接光源驅(qū)動控制模塊、電源管理模塊、ADC數(shù)據(jù)采集模塊、微鏡驅(qū)動模塊、溫濕度傳感器和顯示單元。
[0019]所述微鏡驅(qū)動電路連接所述數(shù)字微鏡陣;所述光源驅(qū)動控制模塊連接所述光源。
[0020]所述光電探測器為單點光電探測器，所述衍射光柵為機械旋轉(zhuǎn)衍射光柵。
[0021]所述光電探測器為線性陣列探測器，所述衍射光柵為固定位衍射光柵。
[0022]所述電子單元還設(shè)有存儲模塊、通信模塊和接口模塊;所述存儲模塊、通信模塊和接口模塊分別連接所述主控模塊。
[0023]本新型在線水質(zhì)光譜分析儀通過分析不同波長的光在整個光譜中的吸收或反射變化，可快速識別物質(zhì)的成分和相關(guān)特性，每個波長的光的吸收量是依賴于材料的分子構(gòu)成，這種吸收度是特定對應于材料，具有化學指紋的效果。光譜檢測具有快速檢測、操作簡單、可重復性好、測量精度高的優(yōu)點，非常適合于水樣的快速在線分析。
[0024]而采用光譜技術(shù)進行水質(zhì)成分分析后，無需多種傳感器、也無需其他化學試劑來檢測水質(zhì)成分。通過分析水體物質(zhì)成分的光譜信號就能定性和定量的進行分析。除此之外，本系統(tǒng)采用了新的光路設(shè)計來改造現(xiàn)有光譜儀光路結(jié)構(gòu)，新的光路設(shè)計摒棄了傳統(tǒng)的機械旋轉(zhuǎn)衍射光柵以及CCD線性陣列探測器結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用了固定光柵加數(shù)字微鏡技術(shù)來對波長進行選擇，并通過高性能低成本的銦鎵砷單點探測器進行光譜信號探測，這一方案達到了或超過了傳統(tǒng)的光譜儀光路設(shè)計效果，并具有微小化和低成本的特點。
[0025]在一實施例中，本新型在線水質(zhì)光譜分析儀的光路單元主要涉及到透鏡、反射鏡、衍射光柵、光電探測器，光路結(jié)構(gòu)的設(shè)計核心采用以下兩種方式，分別是采用單點(非陣列）探測器+機械旋轉(zhuǎn)衍射光柵結(jié)構(gòu)和采用線性陣列探測器+固定位衍射光柵結(jié)構(gòu)，這兩種方式的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖2和圖3所示。
[0026]本實用新型采用了單點探測器+固定衍射光柵+數(shù)字微鏡陣列的組合分光探測結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖4所示，結(jié)構(gòu)關(guān)鍵是對于聚焦反射后的衍射光路，通過數(shù)字微鏡陣列選擇性的選取特定波長范圍內(nèi)的光，然后再由單點探測器進行探測測量，其中選擇特定波長的光到探測器的方法是通過選擇性地打開或關(guān)閉微鏡陣列中的某些鏡面來將特定波長的光反射到單點探測器。與前兩種光譜儀器分光結(jié)構(gòu)相比，采用可編程的微鏡陣列使得儀器系統(tǒng)能以高性能低成本的單個探測器來分析更多近物質(zhì)成分，并且對儀器系統(tǒng)的小型化提供了很大便利。
[0027]電子單元：
[0028]本儀器電子單元主要包括ARM主控器、光源驅(qū)動控制電路、電源管理電路、ADC數(shù)據(jù)采集電路、微鏡驅(qū)動電路、RS485模塊、WIFI模塊、IXD顯示模塊、LED指示燈、SD存儲器、溫濕度傳感器、熱敏電阻、鋰電池、USB接口、IXD顯示及按鍵電路。
[0029]在一實施例中，ARM主控器:采用STM32F407微處理器，其控制整個儀器系統(tǒng)的運行，處理器內(nèi)部運行的是RTOS實時操作系統(tǒng)、WIFI通信協(xié)議、光譜分析程序，芯片提供外部接口與各個子電路進行通信;光源驅(qū)動控制電路:為光源提供恒定電流。電源管理電路:負責電池的充放電管理;ADC數(shù)據(jù)采集電路:用于采集探測器并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換;微鏡驅(qū)動電路：通過24bit RGB總線接收來自主控ARM芯片的模式配置參數(shù)及數(shù)據(jù)，解析模式信息并將模式信息正確配置到數(shù)字微鏡器件上，并同步微鏡陣列器的所有信號，可直接單獨控制單個鏡面狀態(tài);光源驅(qū)動控制電路為光源提供恒定電流;溫濕度傳感器:采用HDC1000傳感器，用于測量儀器工作的當前溫度和濕度情況。
[0030]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種新型在線水質(zhì)光譜分析儀，其特征在于:包括光路單元和電子單元，所述光路單元與所述電子單元進行連接;所述光路單元包括光源、透鏡、準直鏡、第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測器;所述光源、透鏡、準直鏡和第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測器依次排列;所述電子單元包括主控模塊、光源驅(qū)動控制模塊、電源管理模塊、ADC數(shù)據(jù)采集模塊、微鏡驅(qū)動電路、溫濕度傳感器和顯示單元;所述主控模塊分別連接光源驅(qū)動控制模塊、電源管理模塊、ADC數(shù)據(jù)采集模塊、微鏡驅(qū)動模塊、溫濕度傳感器和顯示單元。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型在線水質(zhì)光譜分析儀，其特征在于:所述微鏡驅(qū)動電路連接所述數(shù)字微鏡陣;所述光源驅(qū)動控制模塊連接所述光源;所述ADC數(shù)據(jù)采集模塊連接所述光電探測器。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型在線水質(zhì)光譜分析儀，其特征在于:所述光電探測器為單點光電探測器，所述衍射光柵為機械旋轉(zhuǎn)衍射光柵。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型在線水質(zhì)光譜分析儀，其特征在于:所述光電探測器為線性陣列探測器，所述衍射光柵為固定位衍射光柵。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型在線水質(zhì)光譜分析儀，其特征在于:所述電子單元還設(shè)有存儲模塊、通信模塊和接口模塊;所述存儲模塊、通信模塊和接口模塊分別連接所述主控模塊。
【專利摘要】本實用新型涉及光譜領(lǐng)域，其公開了一種新型在線水質(zhì)光譜分析儀，包括光路單元和電子單元，所述光路單元與所述電子單元進行連接；所述光路單元包括光源、透鏡、準直鏡、第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測器；所述光源、透鏡、準直鏡和第一聚焦反射鏡、衍射光柵、第二聚焦反射鏡、數(shù)字微鏡陣列和光電探測器依次排列。本實用新型的有益效果是：超過了傳統(tǒng)的光譜儀光路設(shè)計效果，并具有微小化和低成本的特點。
【IPC分類】G01N21/31, G01N21/25
【公開號】CN205157414
【申請?zhí)枴緾N201520927243
【發(fā)明人】楊青, 李明, 王新明, 段勇, 楊豐
【申請人】成都克瑞斯科技有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年11月19日