海水 COD 光电检测系统的研究（一） 海水在发射光强一定时

海水水质的海水光谱检测方法无论从技术上还是结构上实现均较困难，本章拟采用光电检测法对海水中 COD 浓度进行检测。电检

由 COD 浓度的测系光谱检测法可知，COD 对 254 nm 波段光有较强的研究吸收，利用此特性，海水在发射光强一定时，电检可过检测透射光强，测系从而得出透射光强与 COD浓度的研究关系模型。透射光强的海水另一种表现形式为电信号，可通过光电检测法将其转换为电信号，电检从而得出电信号与 COD 浓度的测系关系模型。最后对所建模型进行误差分析及补偿，研究完成基于紫外吸收法的海水海水 COD 浓度光电检测系统设计。

4.1 海水 COD 光电检测系统整体设计

COD 光电检测系统主要由五部分组成，电检分别是测系光源模块、光路模块、探测器模块、电路模块和显示模块，如图 4-1 所示。

光源模块包括光源及驱动电路；光路模块作为光源与探测器的关联枢纽；探测器模块包括探测器、控制电路；电路模块包括供电电路、信号采集与处理电路信号放大电路、A/D 转换电路等；显示模块包括 LCD 显示或 PC 上位机显示等。

光源为 254 nm 紫外光源，将其发射光强固定，此发射光经待测 COD 标准液时，部分光被吸收，使得透射光强发生了变化，透射光经光电探测器转换为微弱的电流信号，经信号采集与处理电路转换为电压信号后进行电压放大，将放大后的电压信号送至 A/D 转换电路转换为数字信号后进行数字显示，最后建立 COD浓度值与数字电压信号的关系模型。

4.2 光电检测系统模块设计

4.2.1 光源模块设计

光源在系统中起至关重要的作用，光源的稳定性在系统设计中非常重要。由COD 的紫外光谱检测法实验可知，COD 对 254 nm 波段光有较强的吸收，故本课题选用紫外 254 nm 光源作为系统光源。光源应具备发射光谱稳定、光强稳定、满足 COD 探测需求、适合户外应用等性能。本系统采用美国 Sensor Electronic Technology，Inc（简称 SET）的型号为 UVTOP255 的微型紫外 LED 光源，实物图如图 4-2 所示。其顶端有三种封装形式，分别是 Flat Window（平视窗）、Ball Lens（球透镜）、Hemispherical Lens（半球形透镜），分别对应图 4-2 左、中、右光源。平视窗光源具有：发散角大，120 度发散角；球透镜光源具有：汇聚作用，在 15~20mm 处汇聚到一点；半球形透镜光源具有：发散角小，仅 6 度。本系统选用球透镜封装 LED，其中心波长为255nm，光谱图如图 4-3 所示。在输入电流稳定的情况下，输出波长稳定，如图4-4 所示，电压-电流-功率关系曲线如图 4-5 所示。

由表 4-1 可知，UVTOP255 光源具有带宽窄、光谱稳定、发光面积大、发光强度大、功耗较小，且输入电压、电流均较小，满足户外应用需求。该光源为 LED直插封装，安装简单，适合本系统应用。

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