本發(fā)明專利技術(shù)涉及水體溶解氧測(cè)量領(lǐng)域，具體為一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)量的熒光溶解氧在線測(cè)量裝置及用其裝置進(jìn)行溶解氧的方法，在控制模塊的控制下參考光源經(jīng)調(diào)制模塊的方波調(diào)制發(fā)出與激發(fā)光源同頻率參考光信號(hào)，經(jīng)過濾光片被光電探測(cè)器檢測(cè)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入至控制電路板，數(shù)據(jù)處理模塊獲取參考光信號(hào)相位，在控制模塊的控制下激發(fā)光源經(jīng)調(diào)制模塊的的方波調(diào)制輸出與參考光信號(hào)時(shí)序不同的頻率相同的光，經(jīng)過調(diào)制匯聚于熒光膜上，熒光膜發(fā)出熒光，經(jīng)過濾光片進(jìn)入光電探測(cè)器中，光信號(hào)經(jīng)過光電探測(cè)器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入至控制電路板，獲取激發(fā)光源相位，數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)相位差計(jì)算出溶解氧濃度，具有靈敏度高，操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及水體溶解氧測(cè)量領(lǐng)域，具體為ー種エ業(yè)現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)量的熒光溶解氧在線測(cè)量裝置及用其裝置進(jìn)行溶解氧的方法。
技術(shù)介紹
隨著工業(yè)的高速發(fā)展，水體壞境也遭受到了更多的污染。在エ業(yè)生產(chǎn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生和科學(xué)研究領(lǐng)域中，需要實(shí)時(shí)掌握水體中的溶解氧的濃度以便進(jìn)行檢測(cè)和控制。傳統(tǒng)方法一直采用電流法和極譜法測(cè)量溶解氧。這種方法對(duì)于市政和エ業(yè)廢水中的溶解氧監(jiān)測(cè)中起著非常重要的作用。傳統(tǒng)的方法包括碘量法(即winkler法)、氧電極法。碘量法通過ー系列化學(xué)反應(yīng)生成與水樣中溶解氧含量相當(dāng)?shù)挠坞x態(tài)碘，從而計(jì)算出溶解氧的含量，這是ー種經(jīng)典的測(cè)定溶解氧的方法，測(cè)量精度高且準(zhǔn)確性好，但該法是ー種純化學(xué)方法，化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，易受干擾，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)量。氧電極法是ー種電化學(xué)方法，其基本原理是水樣中的溶解氧在電解液中的陰極處發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生與氧濃度成正比的擴(kuò)散電流，這樣通過測(cè)量擴(kuò)散電流值即可標(biāo)定處于被測(cè)水樣中溶解氧的含量，用這種方法可以實(shí)現(xiàn)溶解氧的現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)測(cè)量。但是電化學(xué)方法需要使用膜、電極和電解液，從而會(huì)導(dǎo)致很多問題，即使進(jìn)行定期維護(hù)，還是不能得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。本專利采用光學(xué)手段進(jìn)行水體溶解氧的測(cè)量，可以避免實(shí)驗(yàn)室測(cè)量和電極維護(hù)帶來的繁瑣，為溶解氧的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)提供了新的技術(shù)手段。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述方法的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)水體溶解氧的實(shí)時(shí)、在線測(cè)量，本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于熒光技木，無需電極和電解液，幾乎不用維護(hù)，且不易受到外界干擾性能優(yōu)異，使用方便的熒光溶解氧在線測(cè)量裝置，本專利技術(shù)的另外ー個(gè)目的在于提供ー種使用熒光溶解氧在線測(cè)量裝置檢測(cè)溶解氧的方法本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下一種熒光溶解氧在線測(cè)量裝置，包括不銹鋼腔體、和內(nèi)置于不銹鋼腔體內(nèi)的發(fā)射単元、接受単元、熒光膜和控制電路板；其中發(fā)射單元包括激發(fā)光源和參考光源，激發(fā)光源發(fā)出的光經(jīng)過控制電路板的調(diào)制匯聚于不銹鋼腔體底部的熒光膜上并與熒光膜作用，發(fā)出熒光；參考光源經(jīng)過控制電路板的調(diào)制發(fā)射出與激發(fā)光源同頻率參考光信號(hào)，匯聚于不銹鋼腔體底部的熒光膜上；接收單元，包括光電探測(cè)器和設(shè)置于光電探測(cè)器前的濾光片，熒光信號(hào)和參考光信號(hào)經(jīng)過濾光片的過濾后，經(jīng)光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；控制電路板的輸入端與接收單元連接，接受來自接收単元的電信號(hào)，輸出端通過防水傳輸電纜與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊連接，另ー輸出端與發(fā)射單元連接，控制和調(diào)制激發(fā)光源和參考光源的光信號(hào)。不銹鋼腔體內(nèi)還安裝有溫度檢測(cè)單元，溫度檢測(cè)單元包括緊密貼靠在不銹鋼腔體上的溫度探頭，溫度探頭的輸出端通過信號(hào)線與控制電路板的ー輸入端相連，在檢測(cè)前溫度檢測(cè)單元測(cè)量環(huán)境溫度，并將所測(cè)數(shù)據(jù)通過信號(hào)線傳送至控制電路板中。發(fā)射單元和接受単元通過固定件連接為一體化結(jié)構(gòu)，固定件上設(shè)置有激發(fā)光源和參考光源的探孔，中間部位開有固定光電探測(cè)器的安裝孔，探孔和安裝孔的透光端密封安裝有石英玻璃窗。控制電路板包括控制模塊，其輸出端分別與激發(fā)光源和參考光源的輸入端連接，用于控制光源的工作狀態(tài)；調(diào)制模塊，其輸出端分別與激發(fā)光源和參考光源的輸入端連接，用于調(diào)制光源的頻率；數(shù)據(jù)處理模塊，其輸入端連接接受単元，另ー輸入端與調(diào)制模塊相連，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)計(jì)算出溶解氧濃度。 激發(fā)光源為藍(lán)光LED，中心波長(zhǎng)450nm ;參考光源為紅光LED，中心波長(zhǎng)為620nm。濾光片采用中心波長(zhǎng)為620nm的窄帶濾光片。一種熒光溶解氧在線測(cè)量方法，包括以下的步驟參考光源經(jīng)方波調(diào)制發(fā)出與激發(fā)光源同頻率參考光信號(hào)，經(jīng)過濾光片被光電探測(cè)器檢測(cè)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入至控制電路板，根據(jù)り=コ-を通過離散傅里葉變換或快速傅里葉變換獲取參考光信號(hào)相位Φρ其中τ j為參考光源激發(fā)熒光淬滅時(shí)間；激發(fā)光源經(jīng)方波調(diào)制輸出與參考光信號(hào)時(shí)序不同的頻率相同的光，經(jīng)過調(diào)制匯聚于熒光膜上，熒光膜發(fā)出熒光，經(jīng)過濾光片進(jìn)入光電探測(cè)器中，光信號(hào)經(jīng)過光電探測(cè)器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入至控制電路板，根據(jù)L = ^通過離散傅里葉變換或快速傅里葉變換獲取 2垓激發(fā)光源相位Φι，其中τ i為激發(fā)光源激發(fā)熒光淬滅時(shí)間；計(jì)算相位差Φχ=，程序根據(jù)計(jì)算公式τ =れ(和て="^求出溶解氧濃度，其中τ為熒光淬滅時(shí)間，C為溶解氧濃度，k為回歸系數(shù)，f為光源的調(diào)制頻率。還包括通過溫度檢測(cè)單元測(cè)定系統(tǒng)內(nèi)的溫度，并將溫度數(shù)據(jù)傳送至控制電路板的步驟，對(duì)得到的溶解氧濃度根據(jù)控制電路板存儲(chǔ)的溫度與溶解氧濃度之間的修正系數(shù)，對(duì)實(shí)際溫度下的溶解氧濃度進(jìn)行修正。本專利技術(shù)方法還可根據(jù)公式1 = 1 +が以及程序查表的方式，確定熒光淬滅時(shí)間τ與氣壓值P之間的修正關(guān)系，修正氣壓帶來的影響，其中K為Stern-Volmer常數(shù)，對(duì)于特定的熒光材料，其值是定值，％無氧環(huán)境下的熒光猝滅時(shí)間。本專利技術(shù)激發(fā)光源采用的為藍(lán)光LED，中心波長(zhǎng)450nm ;參考光源為紅光LED，中心波長(zhǎng)為620nm。本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果I.探測(cè)機(jī)理采用熒光方法進(jìn)行探測(cè)，不需要電極和電解液，幾乎不用維護(hù)，簡(jiǎn)便實(shí)用，適用于長(zhǎng)期無人值守監(jiān)測(cè)；2.整個(gè)設(shè)備用不銹鋼腔體密封，具有良好的電磁屏蔽性能，抗干擾性強(qiáng)，可靠性高，可以滿足電磁環(huán)境復(fù)雜的場(chǎng)合應(yīng)用；3.本專利技術(shù)裝置具有溫度檢測(cè)單元安裝在不銹鋼腔體上，可以實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)，做到實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償；溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，4.本專利技術(shù)裝置的發(fā)射單元和接收單元為一體化設(shè)計(jì)，能有效地防止水蒸汽進(jìn)入到探測(cè)器；5.本專利技術(shù)方法基于相位解調(diào)算法，利用離散傅里葉變換或快速傅里葉變換獲取相位，相對(duì)直接探測(cè)而言，具有更高的靈敏度；6.本專利技術(shù)方法采用了不同顔色的雙光源參考比較方法，可以有效消除環(huán)境波動(dòng)帶來的影響，提高了系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；藍(lán)色光與熒光物質(zhì)作用，產(chǎn)生熒光，這個(gè)熒光信號(hào)與氧氣濃度有關(guān)，而紅光不會(huì)與熒光物質(zhì)作用，紅光用來作為參比光源來使用，用于扣除初始相位及光源波動(dòng)的影響，本方法是基于相位檢測(cè)的原理，除了光源光強(qiáng)的波動(dòng)，還有扣除初始相位的功能； 7.本專利技術(shù)在線水體溶解氧測(cè)量裝置采用高亮度發(fā)光二極管作為光源，采用高強(qiáng)度不銹鋼腔體密封，結(jié)構(gòu)緊湊、耐壓，抗干擾性好，可以滿足不同深度水體溶解氧含量的自動(dòng)、在線測(cè)量；本專利技術(shù)既可以手持式操作，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)測(cè)量結(jié)果，也可以通過遠(yuǎn)程通訊接ロ，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、定點(diǎn)無人監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與傳輸。本專利技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于水廠、污水處理廠、電廠的環(huán)境監(jiān)測(cè)，也可以用于養(yǎng)殖業(yè)水體溶解氧的自動(dòng)監(jiān)控。該專利技術(shù)還具有成本低廉、生產(chǎn)エ藝簡(jiǎn)單，具有廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景。附圖說明圖I為本專利技術(shù)實(shí)施例裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例光電部件的一體化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖示意圖；圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例控制電路板的模塊示意圖；圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例水體溶解氧變化的實(shí)測(cè)曲線；其中I為控制電路板、2為溫度探頭、3為參考光源4為光電探測(cè)器、5為熒光膜、6為濾光片、7為激發(fā)光源、8為傳輸電纜、9為不銹鋼腔體。具體實(shí)施例方式實(shí)施例如圖I所示，為本專利技術(shù)實(shí)施例裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；包括不銹鋼腔體9、和內(nèi)置于不銹鋼腔體9內(nèi)的發(fā)射單元、接受単元、熒光膜5和控制電路板I ;其中發(fā)射單元包括發(fā)射激光的激發(fā)光源7和用于消除環(huán)境波動(dòng)的參考光源3，參考光源3經(jīng)過控制電路板I的方波調(diào)制成頻率為5KHz的參考光信號(hào)，匯聚于不銹鋼腔體9底部的熒光膜5上，參考光源3采用的是紅光LED，中心波長(zhǎng)為620nm。激發(fā)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種熒光溶解氧在線測(cè)量裝置，其特征在于，包括不銹鋼腔體(9)、和內(nèi)置于不銹鋼腔體(9)內(nèi)的發(fā)射單元、接受單元、熒光膜(5)和控制電路板(1)；其中：發(fā)射單元包括激發(fā)光源(7)和參考光源(3)，激發(fā)光源(7)發(fā)出的光經(jīng)過控制電路板(1)的調(diào)制匯聚于不銹鋼腔體(9)底部的熒光膜(5)上并與熒光膜(5)作用，發(fā)出熒光；參考光源(3)經(jīng)過控制電路板(1)的調(diào)制發(fā)射出與激發(fā)光源(7)同頻率參考光信號(hào)，匯聚于不銹鋼腔體(9)底部的熒光膜(5)上；接收單元，包括光電探測(cè)器(4)和設(shè)置于光電探測(cè)器(4)前的光濾光片(6)，熒光信號(hào)和參考光信號(hào)經(jīng)過濾光片(6)的過濾后，經(jīng)光電探測(cè)器(4)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；控制電路板(1)的輸入端與接收單元連接，接受來自接收單元的電信號(hào)，輸出端通過防水傳輸電纜(8)與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊連接，另一輸出端與發(fā)射單元連接，控制和調(diào)制激發(fā)光源(7)和參考光源(3)的光信號(hào)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馮巍巍，陳令新，馬正，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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