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激光濁度法和散射光濁度法的測量原理有哪些區別?

更新時間:2025-07-30點擊次數:49

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,散射光強度與顆粒物濃度正相關),但在光源特性、光路設計、信號處理邏輯等核心原理上存在顯著差異,具體區別如下:

一、光源特性不同

光源的類型和波長是兩者最根本的區別,直接影響散射信號的穩定性和特異性:

 

 

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(波長單一且穩定)、高方向性(光束發散角極小)和高相干性(光波相位一致)的特點。
這種特性使得散射光的方向和強度分布更集中,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,小顆粒對短波藍光散射強,大顆粒對長波紅光散射強)。

 

二、光路設計與測量角度不同

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性:

 

 

激光濁度法:
光路設計更精密,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度,用于補償因顆粒物吸收或光路衰減導致的誤差(稱為 “補償光路")。
這種設計能有效抵消高濁度時的 “光衰減" 或低濁度時的 “背景光干擾",確保信號穩定性。

 

散射光濁度法:
光路結構較簡單,多采用單一 90° 角散射光檢測(少數會增加 0° 透射光輔助校準)。其原理基于 “瑞利散射" 和 “米氏散射" 的綜合效應:

 

當顆粒物粒徑遠小于光波長(如膠體顆粒),以瑞利散射為主(散射強度與波長的 4 次方成反比,即短波散射更強);

當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(散射強度與波長關系較弱,各方向散射較均勻)。
由于使用復合光,其信號是多種波長散射的疊加,更適合反映復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,散射光強度與顆粒物濃度的線性關系更嚴格(符合朗伯 - 比爾定律的擴展形式)。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),并通過透射光補償消除非線性誤差,因此能在 0.01 NTU 至數千 NTU 的寬范圍內保持線性。

 

 

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非線性,高濁度時可能因 “多重散射" 導致信號飽和)。信號處理多依賴經驗校準曲線(通過標準濁度溶液標定),適合特定濁度范圍(如 0-1000 NTU)的快速測量,無需復雜的補償算法。

 

四、總結: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(復合波長)

光源特性

單色性、方向性、相干性強

多波長、發散性較高

測量角度

90° 散射光 + 180° 透射光(補償)

90° 散射光為主,少數含 0° 透射光

信號處理邏輯

線性關系嚴格,依賴透射光補償

依賴經驗校準曲線,受粒徑影響大

核心原理優勢

抗干擾強,適合寬范圍高精度測量

結構簡單,適合復雜體系快速測量

 

簡言之,激光濁度法通過 “單色光源 + 雙角度補償" 實現高精度和穩定性,散射光濁度法則通過 “復合光源 + 單角度檢測" 實現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用優勢。


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