(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210575610.9 (22)申请日 2022.05.24 (71)申请人 四川大学 地址 610065 四川省成 都市武侯区一环路 南一段24号 (72)发明人 冯国英　葛恭豪　蒋林呈　高凡　 王曼旌　顾金廷　 (51)Int.Cl. G01N 21/33(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) (54)发明名称 一种基于液芯光纤和紫外光谱的水质监测 系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于液芯光纤和紫外光 谱的新型水质监测系统。 包括以下结构： 紫外LED 光源、 液芯光纤、 水样输入头、 水样输出头、 光电 传感器、 输入多模光纤、 输 出多模光纤和单片机： 从LED光源发出光束通过输入光纤传输进入液芯 光纤， 同时待测水样通过水样 输入头流入液芯光 纤， 对光束进行吸收， 光束经输出多模光纤传入 光电传感器， 传感器接收光光束， 将光信号转换 为电信号传入 单片机， 通过人工神经网络算法对 结果进行处理， 获得待测水体的总磷、 总氮、 氨氮 和COD四个指标的数据， 并发送至终端计算机， 实 现实时监测。 本发明中， 液芯光纤提高了光与水 样作用的光程， 提高了灵敏度； 紫外LED作为光 源， 使用光电检测器进行接收， 去除了光谱信息 中的冗余信息 。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 115060678 A 2022.09.16 CN 115060678 A 1.一种基于液芯光纤和紫外光谱的水质监测系统及检测方法， 其特征在于： 它包括紫 外LED光源、 液芯光纤、 水样输入孔、 水样 输出孔、 光电传感器、 输入多模光纤、 输出多模光纤 和单片机； 从LED光源发出光束通过输入光纤传输进入液芯光纤， 同时待测水样通过水样输 入孔流入 液芯， 对光束进 行吸收， 光束 经输出多模光纤传 入光电传感器， 传感器接收吸收后 的光束， 并检测对应LED发出波长的光强， 将光信号转换为电信号传入单片机， 通过1 ‑DCNN 神经网络对 结果进行处理， 获得待测水体的总磷、 总氮、 氨氮和C OD四个指标的数据， 并发送 至终端计算机， 可实现实时监测。 2.根据权利要求1所述的一种基于液芯光纤和紫外光谱的水质监测系统， 其特征在于： 所述的LED光源使用紫外波段LED灯珠， 波长为200nm、 220nm、 240nm、 260nm、 280nm、 300nm、 320nm、 340nm、 360n m、 380nm和400nm， 每种波长两只灯珠， 采用先串后并的连接方式， 相同波 长的灯珠串联， 不同波长的灯珠并联。 3.根据权利要求1所述的一种基于液芯光纤和紫外光谱的水质监测系统， 其特征在于： 所述的液芯光纤外壁使用FEP管， 内径80 0 μm。 4.根据权利要求1所述的一种基于液芯光纤和紫外光谱的水质监测系统， 其特征在于： 所述的输入多模光纤、 输出多模光纤芯径600 μm， 输入、 输出多模光纤的芯径应略小于FEP管 的内径。 5.根据权利要求1所述的一种基于液芯光纤和紫外光谱的水质监测系统， 其特征在于： 所述的输入、 输出多模光纤与液芯光纤使用AB 胶连接。 6.根据权利要求1所述的一种基于液芯光纤和紫外光谱的水质监测系统， 其特征在于： 所述的水样输入孔使用蠕动泵将待测水样泵入， 流速为2.5mL/mi n。 7.根据权利要求1所述的一种基于液芯光纤和紫外光谱的水质监测系统， 其特征在于： 所述表明水质的四个重要指标： 总磷、 总氮、 氨氮和C OD使用1‑D CNN神经网络算法对光谱处 理后得出； 通过使用紫外可见分光光度计采集水样的光谱数据,将总磷、 总氮、 氨氮和C OD的 光吸收度、 透射率、 反射率数据经电信号转换成一 维数据后输入已训练好的1 ‑D CNN神经网 络， 输出特定波长下的总磷、 总氮、 氨氮和C OD的预测结果， 最后取所有波长下的四个指标的 均值作为四个指标的预测值。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115060678 A 2一种基于液芯光纤和紫外光谱的水质监测系统 技术领域 [0001]本发明涉及水质监测技术领域， 具体为一种基于液芯光纤的水质监测系统和基于 紫外光谱法的水质监测方法。 背景技术 [0002]当前， 我国的水质监测方法主要以理化监测技术为主。 常用的水质监测方法存在 操作复杂、 测量周期长、 需化学试剂和存在二次污染等问题， 且需要人员现场采集样本， 费 时费力， 适用性差， 而紫外线光谱法与传统的化学分析、 电化学分析和色谱分析等方法相 比， 则具有实时、 操作简单、 测 定快速、 无二次污染、 可在线监测等优点， 能快速方便的应用 于水样的在线监测。 [0003]然而， 传统的紫外光谱法在数据处理方面仍存在不足， 测量仪器容易受外界环境 影响， 降低了数据分析模型的分析精度， 影响了水质监测的结果； 同时采集的光谱数据信息 冗余较大， 分析过程复杂繁琐， 在一定程度上增加了光谱数据的分析时间， 影响了水质监测 的效率。 [0004]而液芯可较好的解决上述的缺点： 液芯光纤提高了光与水样作用的光程， 增高了 灵敏度， 可持续地对水样进行检测。 同时， 和固体光纤比较， 液芯光纤在特定波段内的消耗 更小， 具有较大的芯径、 较高的光谱传输质量、 较宽泛的光谱传输的范围、 数值孔径大、 使用 寿命长的特点， 且不存在因长期使用， 使得设备 过度弯曲导 致传光效率下降的问题。 [0005]因而将液芯与紫外光谱相结合， 既能够较好的避免普通拉曼光谱适用范围小的缺 点， 也能通过调节光纤的长度、 液芯的种类、 紫外光谱的波长来减小误差， 提高精度和灵敏 度。 [0006]因此， 设计一种基于液芯光纤和紫外光谱的水质监测系统是很有必要的。 发明内容 [0007]本发明的目的在于提出一种新的基于紫外光和液芯光纤的多污染物水质监测方 法， 以解决上述背景技 术中提出的问题。 [0008]为实现上述发明目的， 本发明采用下述 技术方案予以实现： 一种基于紫外光谱和液芯光纤的多污 染物水质监测装置， 它包括紫外LED 光源、 液 芯光纤、 水样输入头、 水样输出头、 光电传感器、 输入多模光纤、 输出多模光纤和单片机； 从 LED 光源发出光束通过输入光纤传输进入液芯光纤， 同时待测水样通过水样输入头流入液 芯， 对光束进行吸收， 光束经输出多模光纤传入光电传感器， 传感器接收吸收后的光束， 并 检测对应LED发出波长的光强， 将光信号转换为电信号传入单片机， 通过1 ‑D CNN神经网络 对结果进行处理， 获得待测水体的总磷、 总氮、 氨氮和C OD四个指标的数据， 并发送至终端计 算机， 实现实时监测。 [0009]所述LED光源使用紫外波段LED灯珠， 波长为200nm、 220nm、 240nm、 260nm、  280nm、 300nm、 320nm、 340nm、 360nm、 380nm和400n m， 每种波长两只灯珠， 采用先串后并的连接方式，说　明　书 1/4 页 3 CN 115060678 A 3