1 丈量原理
本仪器选用国内外常用的非涣散红外光度法( Non- Disper-sive Infrared 简称 NDIR) 来检测水中的油类物质。非涣散红外法是使用油类物质的甲基( – CH3) 和亚甲基( – CH2) 在近红外区( 2930 cm- 1 或 3.4μm) 的特征吸收进行测定。该法只使用了矿物油中CH3、CH2 两个特性基团的红外吸收进行测定, 没有参阅其间芳环的呼应。此办法适用于样品中芳香烃含量不高的景象。该办法为美国环境保护署对土壤和水中油的丈量的规范办法。
非涣散红外光度法是根据光学中的朗伯- 比耳规律: 当一束单色平行光笔直射入吸收介质的溶液时, 溶液的吸光度与吸收物质的浓度和液层厚度乘积成正比。朗伯一比尔规律的数学表明式为:
式中: K 表明被测物质的吸光系数, 与介质自身的性质有关; L 表明液层厚度; C 表明物质的浓度; I0表明入射光强度; I表明透射光强度; A 表明吸光度。
对特定品种的油, 在特定波利益, 其吸光系数k 为常量, 在液层厚度L 一守时, kL 为常量。而且入射光强度I0可由体系实验测定, 且稳定( 有稳定的光源确保) , 透射光强度I 可由红外传感器测定, 这样便可求出吸光度A 。可见油的浓度C 与其吸光度A, 在特定条件下呈简略的线性、正比联系。以吸光度A 对浓度C 作图, 会得到一条通过原点的直线, 该直线称为规范曲线。使用A 与C 之间的这种确认联系, 就可以由A 直接求出C。
2 仪器的硬件规划
2.1 仪器整体结构
红外测油仪首要包含光源、单色器、步进电机、调制器、样品池、参比池、光电导勘探器、信号处理电路、转化器、单片机体系等几大部分组成, 整个仪器的结构框图如图1 所示:
油类中含有甲基、亚甲基等官能团, 在红外波段3.4um 邻近有显着吸收, 有特征吸收峰, 而用作从水样中萃取油份的四氯化碳(CCI4)在3.4um 波长邻近根本不吸收, 透过率在 80%以上。这样首先将萃取剂 CCI4 放在参比池中作为本底样品, CCI4萃取的油的混合溶液放入样品池, 由溴钨灯制造的光源宣布红外光, 通过由光栅组成的单色器滤光, 发生为3.4μm 的窄带红外光。窄带红外光通过调制器调制后的复合脉冲光通过两组反射镜对称的分为两束, 别离照射在样品池和参比池上。两束光出来后别离照射在两个相同的光电导传感器上。光电导传感器把两路光信号转变为电信号, 再通过扩大电路扩大及信号处理、A/D 转化, 最终进入单片机体系, 并由此体系控制采样, 数据处理及浓度核算等。
2.2 传感器挑选
选用近红外光电导勘探器硒化铅(PbSe)作为红外传感器,其波长规模为1~7μm, 峰值波长为4μm。它可以承受由方针宣布的红外辐射信号, 并使之转化为电信号, 具有较高的呼应度和勘探度。
2.3 弱小信号的检测
2.3.1 信号处理流程
自然光和热体红外光的搅扰是在开发此测油仪时遇到的首要困难。在非涣散红外测油仪中, 因为传感器的勘探信号弱小、背景噪声大, 为了避开搅扰光的影响, 在大的噪声中提取光信号, 可选用切光器对光源进行调制, 使其变为频率域的光。当光信号变为频率域的信号后, 发生的电信号也相应的变为沟通信号。这样就可避开电路规划上的一大难点: 对弱小直流信号进行处理。
因为光电导传感器输出的电压信号比较小, 其值为几毫伏, 所以有必要通过前置扩大器扩大到A/D 转化的规模值方能进入单片机体系进行一系列处理。体系选用低漂移、低失调、低功耗、高精度的仪器仪表用扩大器 AD620 作为前置扩大电路的首要元件。通过扩大的信号由接连时刻模仿集成有源滤波器MAX275 构成的四阶带通滤波器选出信号。然后再进入相敏检测器, 进一步按捺噪声, 并通过低通滤波后把信号变为直流信号, 然后便于 A /D 处理。该直流信号由A/D 转化AD7705 进行A/D 转化后输入单片机体系, 由单片机进行数据采样和处理,然后得到油的浓度。信号处理流程如下:
2.3.2 相敏检测
本仪器选用了峰值相敏检测技能将沟通信号转化为直流信号, 并进一步进步信噪比, 处理弱信号的有用提取这一难题。
