海水水質(zhì)的光譜檢測方法無論從技術(shù)上還是結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)均較困難，本章擬采用光電檢測法對海水中 COD 濃度進行檢測。

由 COD 濃度的光譜檢測法可知，COD 對 254 nm 波段光有較強的吸收，利用此特性，在發(fā)射光強一定時，可過檢測透射光強，從而得出透射光強與 COD濃度的關(guān)系模型。透射光強的另一種表現(xiàn)形式為電信號，可通過光電檢測法將其轉(zhuǎn)換為電信號，從而得出電信號與 COD 濃度的關(guān)系模型。最后對所建模型進行誤差分析及補償，完成基于紫外吸收法的海水 COD 濃度光電檢測系統(tǒng)設(shè)計。

4.1 海水 COD 光電檢測系統(tǒng)整體設(shè)計

COD 光電檢測系統(tǒng)主要由五部分組成，分別是光源模塊、光路模塊、探測器模塊、電路模塊和顯示模塊，如圖 4-1 所示。

光源模塊包括光源及驅(qū)動電路；光路模塊作為光源與探測器的關(guān)聯(lián)樞紐；探測器模塊包括探測器、控制電路；電路模塊包括供電電路、信號采集與處理電路信號放大電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路等；顯示模塊包括 LCD 顯示或 PC 上位機顯示等。

光源為 254 nm 紫外光源，將其發(fā)射光強固定，此發(fā)射光經(jīng)待測 COD 標準液時，部分光被吸收，使得透射光強發(fā)生了變化，透射光經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換為微弱的電流信號，經(jīng)信號采集與處理電路轉(zhuǎn)換為電壓信號后進行電壓放大，將放大后的電壓信號送至 A/D 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后進行數(shù)字顯示，最后建立 COD濃度值與數(shù)字電壓信號的關(guān)系模型。

4.2 光電檢測系統(tǒng)模塊設(shè)計

4.2.1 光源模塊設(shè)計

光源在系統(tǒng)中起至關(guān)重要的作用，光源的穩(wěn)定性在系統(tǒng)設(shè)計中非常重要。由COD 的紫外光譜檢測法實驗可知，COD 對 254 nm 波段光有較強的吸收，故本課題選用紫外 254 nm 光源作為系統(tǒng)光源。光源應(yīng)具備發(fā)射光譜穩(wěn)定、光強穩(wěn)定、滿足 COD 探測需求、適合戶外應(yīng)用等性能。本系統(tǒng)采用美國 Sensor Electronic Technology，Inc（簡稱 SET）的型號為 UVTOP255 的微型紫外 LED 光源，實物圖如圖 4-2 所示。其頂端有三種封裝形式，分別是 Flat Window（平視窗）、Ball Lens（球透鏡）、Hemispherical Lens（半球形透鏡），分別對應(yīng)圖 4-2 左、中、右光源。平視窗光源具有：發(fā)散角大，120 度發(fā)散角；球透鏡光源具有：匯聚作用，在 15~20mm 處匯聚到一點；半球形透鏡光源具有：發(fā)散角小，僅 6 度。本系統(tǒng)選用球透鏡封裝 LED，其中心波長為255nm，光譜圖如圖 4-3 所示。在輸入電流穩(wěn)定的情況下，輸出波長穩(wěn)定，如圖4-4 所示，電壓-電流-功率關(guān)系曲線如圖 4-5 所示。

由表 4-1 可知，UVTOP255 光源具有帶寬窄、光譜穩(wěn)定、發(fā)光面積大、發(fā)光強度大、功耗較小，且輸入電壓、電流均較小，滿足戶外應(yīng)用需求。該光源為 LED直插封裝，安裝簡單，適合本系統(tǒng)應(yīng)用。

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