海水 COD 光电检测系统的研究（一）

海水水质的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。

由 COD 浓度的光谱检测法可知，COD 对 254 nm 波段光有较强的吸收，利用此特性，在发射光强一定时，可过检测透射光强，从而得出透射光强与 COD浓度的关系模型。透射光强的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，从而得出电信号与 COD 浓度的关系模型。最后对所建模型进行误差分析及补偿，完成基于紫外吸收法的海水 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，分别是光源模块、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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