專利名稱:一種便攜式水中油檢測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及液體檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種便攜式水中油檢測儀，包括光學單元、信息融合計算處理單元和樣品室，光學單元包括四個測試通道，光學單元對樣品室內(nèi)的被測樣品進行比色測試和熒光測試，信息融合計算處理單元對光學單元測試的比色數(shù)據(jù)和熒光數(shù)據(jù)進行讀取，并控制光學單元的兩個熒光測試通道自動切換，同時控制兩個比色測試通道自動切換。本實用新型的便攜式水中油檢測儀基于分光光度法和熒光光度法的技術(shù)，并引入信息融合技術(shù)，開發(fā)出一種便攜式水中油檢測儀器，在該儀器上實現(xiàn)幾個ug/L到數(shù)千mg/L水中油濃度范圍的測定，實現(xiàn)一機多能，高靈敏度、真正的便攜、且使用簡便，更能滿足我國水體環(huán)境水中油監(jiān)測的實際需求。
【專利說明】
-種便攜式水中油檢測儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及液體檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種具有比色分光分析和巧光分析的 多重功能的便攜式分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于工藝水平和處理技術(shù)的限制，大量含油類物質(zhì)的廢水、廢渣不可避免地排入 水體，隨之產(chǎn)生的環(huán)境污染問題也越來越嚴重。石油污染是與石油的發(fā)現(xiàn)和使用伴隨而生 的，全世界每年有500-1000萬噸石油和其他油類物質(zhì)通過不同途徑進入水體形成含油廢 水。含油廢水是一種量大、面廣而且危害嚴重的廢水。水體中的含油量稍多時，在水面上形 成一層油膜，使大氣與水面隔絕，破壞了正常的充氧條件，導致水體缺氧，油膜還能附著于 魚觸上，使魚類窒息而死；當魚類產(chǎn)卵期，在含有油類污染物質(zhì)廢水中解化的魚苗，多數(shù)為 崎形，生命力低下，易于死亡，含油污染物對植物也有影響，妨礙通氣和光合作用，使水稻蔬 菜等農(nóng)作物大量減產(chǎn)，甚至絕收。
[0003] 目前，我國油田W向油層注水保持油層壓力來提高原油采收率為主要采油手段， 對于油田注水水質(zhì)要求懸浮固體含量低，固體顆粒粒徑小、含油量低等，其中，當含油量高 的回注水注入油層時，會造成地層堵塞，導致注水壓力升高，吸水指數(shù)降低，甚至造成注不 進水等現(xiàn)象。
[0004] 因此對水體中油類的監(jiān)測不但為制定控制污染措施，為水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)保持平衡 提供依據(jù)，而且對油田開采提高原油采收率具有重大意義。目前國內(nèi)外采用的水中油類檢 測技術(shù)主要有重量法、分光光度法、紅外分光光度法、巧光光度法等，目前檢測水中油方法 各有利弊，有各自的適用場合。相比較而言，紫外分光光度法所需儀器設(shè)備簡單、操作簡 單、應(yīng)用廣泛、成本低;重量法，方法操作復雜，靈敏度低，分析時間長，并要耗費大量的提取 劑，而且方法的精密度隨操作條件和熟練程度不同差異很大;紅外分光光度法儀器昂貴，分 析操作步驟繁瑣，一般不能用于野外大量樣品的快速分析;巧光光度法操作簡便，且靈敏度 高，能對微量級的水中油進行檢測。
[0005] 因此，分光光度法和巧光光度法由于其操作的簡單性，測量成本的低廉性，已經(jīng)成 為水中油檢測產(chǎn)品的主要開發(fā)依據(jù)，尤其是開發(fā)集成分光光度法及巧光光度法與一體的檢 測技術(shù)和設(shè)備已成為主流發(fā)展趨勢。結(jié)合目前我國的監(jiān)測需求和監(jiān)測能力，現(xiàn)有的技術(shù)和 產(chǎn)品尚存在下述不足之處：
[0006] 1)檢測功能單一，只能對一定范圍區(qū)間內(nèi)的水中油含量做檢測，應(yīng)用范圍窄，運使 得現(xiàn)有產(chǎn)品的特性應(yīng)用通常局限于專業(yè)環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)，難W在基層用戶等群體中推廣使 用；
[0007] 2)大部分分析檢測儀器還局限在只能在實驗室進行分析測試，一般不能用于野外 大量樣品的快速分析檢測。 【實用新型內(nèi)容】
[0008] 本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種擴大油濃度測定范圍的 便攜式水中油檢測儀。
[0009] 為了實現(xiàn)本實用新型的目的，所采用的技術(shù)方案是：
[0010] 本實用新型的便攜式水中油檢測儀包括光學單元、信息融合計算處理單元和樣品 室，所述光學單元包括四個測試通道，其中，兩個測試通道用于比色測試，另外兩個測試通 道用于巧光測試，所述光學單元對樣品室內(nèi)的被測樣品進行比色測試和巧光測試，所述信 息融合計算處理單元對光學單元測試的比色數(shù)據(jù)和巧光數(shù)據(jù)進行讀取，并控制光學單元 的兩個巧光測試通道自動切換，同時控制兩個比色測試通道自動切換。
[0011] 本實用新型所述光學單元具有與所述信息融合計算處理單元連接的電路板，所述 電路板上設(shè)有發(fā)光元件和感光元件，所述電路板上設(shè)置所述樣品室，所述發(fā)光元件和感光 元件布置在所述樣品室的外周向上，所述發(fā)光元件發(fā)出的光射入樣品室經(jīng)過被測樣品然后 由所述感光元件接收形成測試通道。
[0012] 本實用新型所述電路板上設(shè)置有兩個發(fā)光元件和=個感光元件，其中兩個感光元 件與所述兩個發(fā)光元件呈中屯、對稱，所述兩個感光元件與所述兩個發(fā)光元件構(gòu)成兩個測試 通道并用于比色測試。
[0013] 本實用新型中另一個感光元件與其中一個發(fā)光元件W90度角布置安裝，所述另一 個感光元件和所述兩個發(fā)光元件前裝有濾光片，所述另一個感光元件和所述兩個發(fā)光元件 構(gòu)成兩個測試通道并用于巧光測試，每個所述發(fā)光元件同時進行巧光測試和比色測試。
[0014] 本實用新型所述電路板上設(shè)置有兩個發(fā)光元件和=個感光元件，其中兩個感光元 件與所述兩個發(fā)光元件設(shè)置在同一條直線上，所述兩個感光元件與所述兩個發(fā)光元件構(gòu)成 兩個測試通道并用于比色測試。
[0015] 本實用新型中另一個感光元件與其中一個發(fā)光元件W90度角布置安裝，所述另一 個感光元件和所述兩個發(fā)光元件前裝有濾光片，所述另一個感光元件和所述兩個發(fā)光元件 構(gòu)成兩個測試通道并用于巧光測試。
[0016] 本實用新型的便攜式水中油檢測儀的有益效果是:本實用新型的便攜式水中油檢 測儀基于分光光度法和巧光光度法的技術(shù)，并引入信息融合技術(shù)，開發(fā)出一種便攜式水中 油檢測儀器，在該儀器上實現(xiàn)幾個ug/L到數(shù)千mg/L水中油濃度范圍的測定，實現(xiàn)一機多 能，高靈敏度、真正的便攜、且使用簡便，更能滿足我國水體環(huán)境水中油監(jiān)測的實際需求。此 夕h本實用新型的便攜式水中油檢測儀攜帶方便、使用簡單，靈敏度準確度高、使用者不需 要將水樣送到實驗室，在取樣時就能用手持便攜式分析儀對水樣中的油含量進行測試，且 可根據(jù)被檢測樣中的油含量高低自動切換檢測通道，在進行自定義標準曲線時，便攜式水 中油檢測儀可對用來校準的樣品進行自動檢測及判斷，提醒用戶進行高低量程的校準，而 且測試所用的樣品瓶為〇24*45mm的IOml樣品瓶，易于裝入樣品進行測試，使用后容易清 洗，且可循環(huán)使用。
【附圖說明】

[0017] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0018] 圖1是本實用新型的實施例一的光學單元的測試光路原理示意圖；
[0019] 圖2是本實用新型的實施例二的光學單元的測試光路原理示意圖；
[0020] 圖3是本實用新型的實施例一中的一通道巧光信號與油濃度線性關(guān)系示意圖；
[0021] 圖4是本實用新型的實施例一中的二通道巧光信號與油濃度線性關(guān)系曲線圖；
[0022] 圖5是本實用新型的實施例一中的一通道比色信號與油濃度線性關(guān)系曲線圖；
[0023] 圖6是本實用新型的實施例一中的二通道比色信號與油濃度線性關(guān)系曲線圖。
[0024] 其中：發(fā)光元件1;感光元件2。
【具體實施方式】
[00巧]在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語"徑向"、"軸向"、"上"、"下頂"、 ''底"、''內(nèi)"、''外"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便 于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方 位、W特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。在本實用新型的描述 中，除非另有說明，"多個"的含義是兩個或兩個W上。
[0026] 在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語"安 裝"、"設(shè)置"、"連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可W是固定連接，也可W是可拆卸連接，或一體地 連接;可W是直接相連，也可W通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言， 可W根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。
[0027] 實施例一：
[0028] 如圖1所示，本實施例的便攜式水中油檢測儀包括光學單元、信息融合計算處理單 元和樣品室，光學單元包括四個測試通道，其中，兩個測試通道用于比色測試，另外兩個測 試通道用于巧光測試，光學單元對樣品室內(nèi)的被測樣品進行比色測試和巧光測試，信息融 合計算處理單元對光學單元測試的比色數(shù)據(jù)和巧光數(shù)據(jù)進行讀取，并控制光學單元的兩個 巧光測試通道自動切換，同時控制兩個比色測試通道自動切換。
[0029] 本實施例的便攜式水中油檢測儀是基于分光光度法和巧光光度法的技術(shù)開發(fā)出 四通道比色巧光測量，并引入信息融合計算技術(shù)，在該儀器上實現(xiàn)幾個ug/L到數(shù)千mg/L水 中油濃度范圍的自動切換測定，實現(xiàn)一機多能。
[0030] 根據(jù)朗伯化ambed)-比爾（Beer)定律:A = abc，式中A為吸光度，b為溶液層厚度 cm, C為溶液的濃度g/dnT3)，a為吸光系數(shù)。其中吸光系數(shù)與溶液的本性、溫度W及波長等因 素有關(guān)。溶液中其他組分如溶劑等對光的吸收可用空白液扣除，由此可知，當溶液層厚度b 和吸光系數(shù)a固定時，吸光度A與溶液的濃度成線性關(guān)系。在定量分析時，首先需要測定溶液 對不同波長光的吸收情況吸收光譜，從中確定最大吸收波長，然后W此波長的光為光源，測 定一系列已知濃度C溶液的吸光度A，作出A~C工作曲線。在分析未知溶液時，根據(jù)測量的吸 光度A和工作曲線即可確定出相應(yīng)的濃度。
[0031] 巧光光度法是給出一個激發(fā)波長后，到達激發(fā)態(tài)，再發(fā)射光，所W檢測的是物質(zhì)發(fā) 射的光，檢測信號與發(fā)射器不在一條線上，因此在進行巧光測試時發(fā)光元件和感光元件不 能布置在同一直線上。
[0032] 如圖1所示，光學單元具有與信息融合計算處理單元連接的電路板，電路板上設(shè)有 發(fā)光元件1和感光元件2,電路板上設(shè)置樣品室，發(fā)光元件1和感光元件2布置在樣品室的外 周向上，發(fā)光元件1發(fā)出的光射入樣品室經(jīng)由被測樣品進入感光元件2形成測試通道，由于 兩個發(fā)光元件1和一個感光元件2可W形成兩個測試通道，因此本實用新型的電路板上設(shè)置 兩個發(fā)光元件I和至少兩個感光元件2,使它們在=維空間作合理分布，得到4個測試通道， 其中兩個測試通道用于比色測試，另外兩個測試通道用于巧光測試，需要說明的是，每個比 色測試通道上的發(fā)光元件1和感光元件2的光路要在同一條直線上，每個巧光測試通道上的 發(fā)光元件1和感光元件2的光路要呈大于O度小于180度的夾角。例如，參見圖1，本實施例中 的電路板上設(shè)置兩個發(fā)光元件1和=個感光元件2,其中兩個感光元件2與兩個發(fā)光元件1 關(guān)于樣品室的中屯、線呈中屯、對稱，兩個感光元件2與兩個發(fā)光元件1分別對應(yīng)構(gòu)成兩個測試 通道并用于比色測試，兩個比色測試通道的光路相交。另一個感光元件2與兩個發(fā)光元件1 的光路分別呈大于0度小于180度的夾角，另一個感光元件2和兩個發(fā)光元件1前裝有濾光 片，另一個感光元件2和兩個發(fā)光元件1構(gòu)成兩個測試通道并用于巧光測試，每個發(fā)光元件1 同時進行巧光測試和比色測試，兩個發(fā)光元件1的光波波長不同，從而四個測試通道的測試 數(shù)據(jù)不同。
[0033] 當然本實施例中的感光元件2也可W設(shè)置為兩個，其中一個感光元件2與兩個發(fā)光 元件1構(gòu)成兩個比色測試通道，另外一個感光元件2與兩個發(fā)光元件1構(gòu)成兩個巧光測試通 道。
[0034] 本實用新型的一個光學元件具有多個功能，從而達到光路的重用而節(jié)省安裝面 積，同時信息融合計算處理單元具有強大的計算及控制功能，運樣不僅可W實現(xiàn)光學元件 的多功能化，還可W實現(xiàn)水中油濃度多范圍測量。
[0035] 本實施例中的便攜式水中油檢測儀包括但不限于四個測試通道，測試通道的數(shù)量 可W根據(jù)具體需求來確定。
[0036] 本實施例中的信息融合計算處理單元由晶體振蕩器、高速信號處理器、鎖存器、總 線收發(fā)器、可編程邏輯器件、液晶顯示器、觸發(fā)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和總線緩沖器組成，光學單元 的檢測信號通過電纜傳送給信息融合計算處理單元，信息融合計算處理單元根據(jù)高速信號 處理器對比色測試和巧光測試的分析結(jié)果進行切換動作，同時顯示出水中油的含量。
[0037] 本實施例的信息融合計算處理單元的控制方法具體如下：用于巧光測試的兩個測 試通道的檢測信號設(shè)為一通道巧光信號和二通道巧光信號，用于比色測試的兩個測試通 道的檢測信號設(shè)為一通道比色信號和二通道比色信號，信息融合計算處理單元的控制流程 為：
[0038] a.系統(tǒng)設(shè)置一通道巧光信號、二通道巧光信號、一通道比色信號和二通道比色信 號的信號切換值并寫入信息融合計算處理單元；
[0039] b.當一通道巧光信號檢測數(shù)據(jù)大于其信號切換值時，信息融合計算處理單元自動 切換到二通道巧光測試，當一通道比色信號檢測數(shù)據(jù)大于其信號切換值時，信息融合計算 處理單元自動切換到二通道比色測試；
[0040] C.當二通道巧光信號檢測數(shù)據(jù)大于其信號切換值時，信息融合計算處理單元自動 切換到一通道巧光測試，當二通道比色信號檢測數(shù)據(jù)大于其信號切換值時，信息融合計算 處理單元自動切換到一通道比色測試，并提醒用戶對樣品進行稀釋后測試。
[0041] 例如，取某油田現(xiàn)場油樣，W正己燒為溶劑，配置一系列不同濃度的含油標準溶 液，利用該便攜式水中油檢測儀對該標準溶液進行四通道的比色與巧光測試。
[0042] 圖3-6示意出了四通道的比色測試和巧光測試的結(jié)果，其中，X軸表示油濃度，Y軸 表示測試數(shù)據(jù)，當油濃度為I-SOppm時，一通道巧光信號與油濃度線性關(guān)系為R2 = 0.9989， 此時一通道比色信號小于0.114,當油濃度達到10化pm時一通道巧光信號已達到飽和，比色 信號大于0.114;
[0043] 當油濃度為50-500ppm時，二通道巧光信號與油濃度線性關(guān)系為R2 = 0.9977,此時 二通道比色信號小于0.129，當油濃度達到6(K)ppm時二通道巧光信號代入線性關(guān)系，線性關(guān) 系不好，測量誤差大，二通道比色信號大于0.129;
[0044] 當油濃度為500-8(K)ppm時，一通道比色信號與油濃度線性關(guān)系為R2 = 0.9972。 「nn/i。
[0046] 表1
[0047] 上述數(shù)據(jù)結(jié)合表1W及圖3-6表明，當油濃度為I-SOppm時，采用一通道巧光測試測 量精度高，當油濃度為50-500ppm時，采用二通道巧光測試測量精度高，當濃度為500- SOOppm時，采用一通道比色測試精度高，當油濃度大于80化pm時，采用二通道比色測試精度 局。
[004引因此系統(tǒng)預先設(shè)定一通道巧光信號切換值為60000, 一通道比色信號切換值為 0.1，二通道巧光信號切換值為18000,二通道比色信號切換值為0.1，對W上述數(shù)據(jù)進行編 程并輸入信息融合計算處理單元進行測試，信息融合計算處理單元根據(jù)上述切換值進行測 試通道的切換，運樣可W在保證測量精度的同時擴大測量范圍，需要說明的是，切換值的設(shè) 定是根據(jù)測試信號與油濃度線性關(guān)系來確定的，上述切換值僅僅是一種實施例，對此不做 限制。
[0049]
[00加]表2
[0051] 表2示意出了四臺便攜式水中油檢測儀的測試結(jié)果，其中，相對標準偏差RSD =標 準偏差SD/計算結(jié)果的算術(shù)平均值X*100%，相對標準偏差用于分析測試結(jié)果的精密度，由 此可W看出便攜式水中油檢測儀可W滿足測量精度的要求，而且測量范圍擴大。
[0052] 本實施例中的便攜式水中油檢測儀結(jié)構(gòu)簡單，通過信息融合計算處理單元自動控 審IJ，使用簡單，而且靈敏度準確度高，使用者不需要將水樣送到實驗室，在取樣時就能用手 持便攜式分析儀對水樣中的油含量進行測試，且可根據(jù)被檢測樣中的油含量高低自動切換 檢測通道，在進行自定義標準曲線時，便攜式水中油檢測儀可對用來校準的樣品進行自動 檢測及判斷，提醒用戶進行高低量程的校準，而且測試所用的樣品瓶為〇24*45mm的IOml樣 品瓶，易于裝入樣品進行測試，使用后容易清洗，且可循環(huán)使用。
[0053] 實施例二：
[0054] 如圖2所示，本實施例提供一種光學單元結(jié)構(gòu)不同的便攜式水中油檢測儀，其他部 分的結(jié)構(gòu)與實施例1相同，本實施例中的光學單元的電路板上設(shè)置有兩個發(fā)光元件1和= 個感光元件2,其中兩個感光元件2與兩個發(fā)光元件1設(shè)置在同一條直線上，兩個感光元件2 與兩個發(fā)光元件1構(gòu)成兩個測試通道并用于比色測試，另一個感光元件2與其中一個發(fā)光元 件1W大于0度小于180度角布置安裝，另一個感光元件2和兩個發(fā)光元件1前裝有濾光片，另 一個感光元件2和兩個發(fā)光元件1構(gòu)成兩個測試通道并用于巧光測試，每個發(fā)光元件1同時 進行巧光測試和比色測試，該種結(jié)構(gòu)的光學單元同樣可W獲得四個測試通道。
[0055] 本實用新型的便攜式水中油檢測儀基于分光光度法和巧光光度法的技術(shù)，并引入 信息融合技術(shù)，從而在該儀器上實現(xiàn)幾個ug/L到數(shù)千mg/L水中油濃度范圍的測定，實現(xiàn)一 機多能，而且靈敏度高、真正的便攜，使用簡便，更能滿足我國水體環(huán)境水中油監(jiān)測的實際 需求。
[0056] 應(yīng)當理解，W上所描述的具體實施例僅用于解釋本實用新型，并不用于限定本實 用新型。由本實用新型的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護 范圍之中。
【主權(quán)項】
1. 一種便攜式水中油檢測儀，其特征在于:包括光學單元、信息融合計算處理單元和樣 品室，所述光學單元包括四個測試通道，其中，兩個測試通道用于比色測試，另外兩個測試 通道用于熒光測試，所述光學單元對樣品室內(nèi)的被測樣品進行比色測試和熒光測試，所述 信息融合計算處理單元對光學單元測試的比色數(shù)據(jù)和熒光數(shù)據(jù)進行讀取，并控制光學單元 的兩個熒光測試通道自動切換，同時控制兩個比色測試通道自動切換。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式水中油檢測儀，其特征在于:所述光學單元具有與所述 信息融合計算處理單元連接的電路板，所述電路板上設(shè)有發(fā)光元件（1)和感光元件(2)，所 述電路板上設(shè)置所述樣品室，所述發(fā)光元件（1)和感光元件(2)布置在所述樣品室的外周向 上，所述發(fā)光元件（1)發(fā)出的光射入樣品室經(jīng)過被測樣品然后由所述感光元件(2)接收形成 測試通道。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式水中油檢測儀，其特征在于:所述電路板上設(shè)置有兩個 發(fā)光元件（1)和三個感光元件(2 )，其中兩個感光元件(2)與所述兩個發(fā)光元件（1)呈中心對 稱，所述兩個感光元件(2)與所述兩個發(fā)光元件（1)構(gòu)成兩個測試通道并用于比色測試。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式水中油檢測儀，其特征在于：另一個感光元件（2)與其 中一個發(fā)光元件（1)以大于〇度小于180度角布置安裝，所述另一個感光元件(2)和所述兩個 發(fā)光元件（1)前裝有濾光片，所述另一個感光元件(2)和所述兩個發(fā)光元件（1)構(gòu)成兩個測 試通道并用于熒光測試，每個所述發(fā)光元件（1)同時進行熒光測試和比色測試。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式水中油檢測儀，其特征在于:所述電路板上設(shè)置有兩個 發(fā)光元件（1)和三個感光元件(2 )，其中兩個感光元件(2)與所述兩個發(fā)光元件（1)設(shè)置在同 一條直線上，所述兩個感光元件(2)與所述兩個發(fā)光元件（1)構(gòu)成兩個測試通道并用于比色 測試。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式水中油檢測儀，其特征在于：另一個感光元件（2)與其 中一個發(fā)光元件（1)以大于〇度小于180度角布置安裝，所述另一個感光元件(2)和所述兩個 發(fā)光元件（1)前裝有濾光片，所述另一個感光元件(2)和所述兩個發(fā)光元件（1)構(gòu)成兩個測 試通道并用于熒光測試。
【文檔編號】G01N21/25GK205719933SQ201620128470
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年2月19日
【發(fā)明人】劉瑞杰, 顧毅康, 肖才斌, 孫琳, 承譽
【申請人】常州羅盤星檢測科技有限公司