水质COD探测器光路设计仿真研究.pdf

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1、第3l卷第7期计算机仿真2014年7月文章编号：1006—9348(2014)07—0412—03水质COD探测器光路设计仿真研究余小柳。，魏彪，汤斌，姜赞成(1．重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400044；2．四川碧朗科技有限公司，四川绵阳621900)摘要：为评定水质受还原性物质的污染程度，提出了一种基于紫外光谱和双光束探测，采用透镜和抗紫外光纤进行光耦合及传输，以测量紫外光谱强度的方式实现对水质COD浓度探测的新型方案。借助于Tracepro光学设计分析工具，对探测系统进行了仿真建模。研究了LED

2、阵列光源的准直、入射聚焦镜到入射光纤的距离、准直镜与出射聚焦镜的设计、光纤位置与光纤耦合损耗率以及光纤材料与各部件端面光通量效率的关系。仿真结果表明：探测器系统方案的设计可行，为新方案原理样机设计奠定了理论基础。关键词：紫外光谱法；化学需氧量；光通量效率中图分类号：TP202+．7文献标识码：BOpticalDesignSimulationStudyonNewWaterCODDetectorYUXiao—liu，WEIBiao，TANGBin，JIANGZan-cheng(1．KeyLaboratoryofOptoe

3、lectronieTechnologyandSystems，MinistryofEducation，Chongqing4OO044，China；2．SichuanBelamScienceandTechnologyCo．1td，MianyangSiehuan612900，China)ABSTRACT：Forassessingwaterqualitybyreducingsubstances，anewschememeasuringtheintensityofUVspec—trumtoachievetheCODconcent

4、rationofwaterqualitywasproposedbasedondoublebeamUVdetectionspectrometerwhichuseslensandanti-UVfiberopticcouplingandtransmission．Inthispaper，modelingandsimulationofdetec-tionsystemusingTraceproopticaldesignandanalysistoolswerepresented．Inaddition，wehavestudiedth

5、ecollima—tionoflightsourceofLEDarray，thedistanceofincidentonthefocusingmirrortotheincidentopticalfiber，andthedesignofcollimatinglensandthefocusingmirrorexit．Therelationshipbetweenfiberpositionandfibercouplinglossrate，andopticalmaterialsandcomponentsfaceluminous

6、eficiencywereanalyzed．Simulationresultsshowthefeasi-bilityofthedetectionsystem．KEYWORDS：UVspectra；Chemicaloxygendemand；Luminouseficiency1引言性，将水体经过该特征波长紫外光的照射，通过吸收的强化学需氧量(ChemicalOxygenDemand，COD)是用于评弱判断水质污染的程度。该类方法原理简单，便于集成，不定水质受还原性物质污染程度的关键指标1-21，亦是水质污存在二次污染。然

7、而，选择特征波长时，水体中浊度和散射染监测和检测的重要参数之一J，如何实现对COD的有效、都会对测量结果造成一定影响，如何进一步提高检测灵敏准确、快速以及清洁的测量，一直是业界研究的热点。度，则是当今研究热点。基于此，本文提出一种集成紫外光通常而言，COD的测量方法分为化学方法和物理方法两谱法与双光束探测原理，采用透镜和抗紫外光纤进行光耦合大类：化学方法利用强氧化剂氧化水体中的还原性物质，通及传输，通过测量紫外光谱强度的方式实现对水质COD浓过计算被还原的氧化剂量，得出水质COD的浓度，进而评价度探测的方案。该方案借

8、助双光束探测方法，以标准溶液的水质优劣。根据氧化剂不同，可分为重铬酸盐法和高锰酸钾测量结果为参考对探测结果进行补偿，提高检测结果的灵敏法。化学方法结果准确，但检测环境要求较高，操作过程度与准确性。同时，利用Tracepro进行了光路设计的建模冗长，试剂用量大，难以便携，且重金属易于形成二次污和仿真，研究了紫外光谱波长与水质COD浓度测量的准确染