技術(shù)文章
TECHNICAL ARTICLES激光濁度法和散射光濁度法雖均基于光的散射原理(即水體中懸浮顆粒物會散射入射光,散射光強(qiáng)度與顆粒物濃度正相關(guān)),但在光源特性、光路設(shè)計(jì)、信號處理邏輯等核心原理上存在顯著差異,具體區(qū)別如下:
一、光源特性不同
光源的類型和波長是兩者最根本的區(qū)別,直接影響散射信號的穩(wěn)定性和特異性:
激光濁度法:
使用單色激光(如 650nm 紅光、532nm 綠光)作為光源。激光具有高單色性(波長單一且穩(wěn)定)、高方向性(光束發(fā)散角極?。┖透呦喔尚裕ü獠ㄏ辔灰恢拢┑奶攸c(diǎn)。
這種特性使得散射光的方向和強(qiáng)度分布更集中,減少了不同波長光在水體中被吸收或折射的干擾(例如,水體中溶解的色素對特定波長激光的吸收可被忽略)。
散射光濁度法:
多使用白光(復(fù)合光)或紅外光作為光源。白光包含從紫外到紅外的多種波長(如 400-760nm),紅外光則常用 850nm 或 900nm 以上波長。
其光源特性更接近自然光源,散射信號受顆粒物粒徑和成分的影響更顯著(例如,小顆粒對短波藍(lán)光散射強(qiáng),大顆粒對長波紅光散射強(qiáng))。
二、光路設(shè)計(jì)與測量角度不同
兩者的光路布局和散射光檢測角度存在差異,直接影響對不同濁度范圍的適應(yīng)性:
激光濁度法:
光路設(shè)計(jì)更精密,通常采用固定角度組合測量,最典型的是 “90° 散射光 + 180° 透射光" 雙角度檢測:
90° 角:檢測顆粒物的散射光強(qiáng)度(核心信號);
180° 角(與入射光同方向的反向):檢測透過水體的透射光強(qiáng)度,用于補(bǔ)償因顆粒物吸收或光路衰減導(dǎo)致的誤差(稱為 “補(bǔ)償光路")。
這種設(shè)計(jì)能有效抵消高濁度時的 “光衰減" 或低濁度時的 “背景光干擾",確保信號穩(wěn)定性。
散射光濁度法:
光路結(jié)構(gòu)較簡單,多采用單一 90° 角散射光檢測(少數(shù)會增加 0° 透射光輔助校準(zhǔn))。其原理基于 “瑞利散射" 和 “米氏散射" 的綜合效應(yīng):
當(dāng)顆粒物粒徑遠(yuǎn)小于光波長(如膠體顆粒),以瑞利散射為主(散射強(qiáng)度與波長的 4 次方成反比,即短波散射更強(qiáng));
當(dāng)顆粒物粒徑接近或大于光波長(如泥沙顆粒),以米氏散射為主(散射強(qiáng)度與波長關(guān)系較弱,各方向散射較均勻)。
由于使用復(fù)合光,其信號是多種波長散射的疊加,更適合反映復(fù)雜顆粒物體系的綜合濁度。
三、信號處理邏輯不同
兩者對散射光信號的解讀和校準(zhǔn)方式不同,影響測量精度和線性范圍:
激光濁度法:
因激光單色性強(qiáng),散射光強(qiáng)度與顆粒物濃度的線性關(guān)系更嚴(yán)格(符合朗伯 - 比爾定律的擴(kuò)展形式)。信號處理時,可通過激光的高能量密度放大微弱散射信號(尤其低濁度時),并通過透射光補(bǔ)償消除非線性誤差,因此能在 0.01 NTU 至數(shù)千 NTU 的寬范圍內(nèi)保持線性。
散射光濁度法:
由于白光包含多波長,散射信號是不同粒徑顆粒物對不同波長光散射的疊加,線性范圍較窄(低濁度時可能因波長干擾出現(xiàn)非線性,高濁度時可能因 “多重散射" 導(dǎo)致信號飽和)。信號處理多依賴經(jīng)驗(yàn)校準(zhǔn)曲線(通過標(biāo)準(zhǔn)濁度溶液標(biāo)定),適合特定濁度范圍(如 0-1000 NTU)的快速測量,無需復(fù)雜的補(bǔ)償算法。
四、總結(jié):核心原理差異對比表
對比維度 | 激光濁度法 | 散射光濁度法 |
光源類型 | 單色激光(如 650nm) | 白光或紅外光(復(fù)合波長) |
光源特性 | 單色性、方向性、相干性強(qiáng) | 多波長、發(fā)散性較高 |
測量角度 | 90° 散射光 + 180° 透射光(補(bǔ)償) | 以 90° 散射光為主,少數(shù)含 0° 透射光 |
信號處理邏輯 | 線性關(guān)系嚴(yán)格,依賴透射光補(bǔ)償 | 依賴經(jīng)驗(yàn)校準(zhǔn)曲線,受粒徑影響大 |
核心原理優(yōu)勢 | 抗干擾強(qiáng),適合寬范圍高精度測量 | 結(jié)構(gòu)簡單,適合復(fù)雜體系快速測量 |
簡言之,激光濁度法通過 “單色光源 + 雙角度補(bǔ)償" 實(shí)現(xiàn)高精度和穩(wěn)定性,散射光濁度法則通過 “復(fù)合光源 + 單角度檢測" 實(shí)現(xiàn)低成本和廣泛適用性,兩者的原理差異直接決定了其在不同場景下的應(yīng)用優(yōu)勢。
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