【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于氯離子檢測，特別涉及一種氯離子實時監測裝置及監測方法。
技術介紹
1、氯離子(cl-)是環境中廣泛存在的一種陰離子，其濃度過高時會對土壤結構、建筑物強度產生負面影響。尤其是建筑行業對氯離子濃度的實時監測有著迫切的需求，因為在混凝土生產過程中，需要嚴格控制材料中的氯離子含量，以防止其對建筑物耐久性的負面影響。
2、氯離子的監測技術在科學研究和實際應用中已有較長的歷史。傳統的氯離子濃度測量方法包括：化學滴定法、離子選擇性電極法、比色法。上述方法雖然在實驗室條件下能夠獲得較為精確的測量結果，但在實際應用中存在許多限制。中國專利申請號cn105510293a的一種用于檢測混凝土內氯離子濃度的熒光型光纖傳感器，是利用光纖傳感技術，將被測的氯離子參量轉換為相應光信號，其優勢在于高靈敏度、抗電磁干擾、耐腐蝕、體積小；然而，該技術仍存在以下問題：首先，激光光源設計復雜不便于攜帶，且需要測量光纖探頭和平衡光纖探頭兩種探頭同時測量，不易集成于小型化設備中，限制了傳感器的便攜性和現場應用。此外，光學平臺在使用過程中需要精密的調節，這使得整個實驗過程變得復雜且對操作人員的技術水平要求較高，進一步限制了這一技術在普通實驗室和現場操作中的普及。再次，光譜檢測的數據處理步驟繁瑣，通常需要大量的后續分析才能得到最終結果，這增加了檢測的時間和成本，使得光纖氯離子傳感器在實際應用中的高效性受到限制。
3、最重要的是，上述技術產業化的挑戰難度較大，經濟性是制約光纖氯離子傳感器應用的一個重要因素。激光光源、光學元件和精密調節設備的
技術實現思路
1、本專利技術提供一種氯離子實時監測裝置及監測方法，以解決環境監測和工業應用中缺乏高靈敏度、實時監測氯離子專用設備的問題。
2、為解決上述問題，本專利技術提供的技術方案如下：
3、本專利技術實施例提供一種氯離子實時監測裝置，包括依次連接的傳感探頭(1)、光纖適配器(4)、y型光纖(3)、主控設備(2)和終端設備(5)；其中，所述傳感探頭(1)為光纖氯離子敏感探頭；所述y型光纖(3)為一分二器件，其一端與所述傳感探頭(1)連接，其另外兩端分別連接有藍光發射端口(31)與熒光接收端口(32)；所述主控設備(2)包括依次連接的濾波片(21)、光電轉換器(22)、模數轉換器(23)、mcu主控芯片(24)、信號發生器(25)、led驅動電路(26)和藍光led(27)；所述濾波片(21)與所述熒光接收端口(32)連接，所述藍光led(27)與所述藍光發射端口(31)連接，所述mcu主控芯片(24)與所述終端設備(5)連接；
4、所述光電轉換器(22)包括光電二極管(221)和運算放大器(222)，所述濾波片(21)與所述光電二極管(221)連接，所述光電二極管(221)與所述運算放大器(222)連接，所述運算放大器(222)與所述模數轉換器(23)連接。
5、本專利技術一可選實施例，所述mcu主控芯片(24)通過rs485串口連接的方式與所述終端設備(5)發生數據交換與傳輸。
6、本專利技術一可選實施例，所述終端設備(5)包括顯示模塊(51)和數據分析模塊(52)。
7、本專利技術實施例提供一種氯離子實時監測方法，采用如上述實施例的一種氯離子實時監測裝置實現的，包括以下步驟：
8、步驟s1，傳感探頭(1)的制備：截取光纖段，進行打磨，對光纖涂覆，最后用氯離子敏感薄膜涂膜，得到的傳感探頭(1)為一種光纖氯離子敏感探頭；
9、步驟s2，氯離子實時監測裝置接線調試：依次連接傳感探頭(1)、主控設備(2)，y型光纖(3)、光纖適配器(4)和終端設備(5)，調試信號，確保傳感探頭(1)測定的熒光強度數據可以傳輸至終端設備(5)；
10、步驟s3，繪制標準曲線：調試好的氯離子實時監測裝置通過氯離子敏感探頭實現對待測氯離子濃度下熒光強度的監測，氯離子濃度與熒光強度及壽命之間的關系通過stern-volmer方程描述：式中：i0為氯離子濃度在0環境下的熒光強度；i為光纖氯離子敏感探頭發生熒光猝滅后的熒光信號強度；τ0為光纖氯離子敏感探頭發射的熒光信號的初始壽命；τ為光纖氯離子敏感探頭發生熒光猝滅后的熒光信號壽命；k為stern-volmer常數，x(cl)為氯離子濃度；
11、步驟s3還包括：步驟s31，采集數據：使用光纖氯離子傳感器檢測已知氯離子濃度環境中的熒光強度；在不同氯離子濃度下，探頭發出的熒光信號強度會相應變化，并通過光電轉換模塊(22)將熒光信號轉換為電信號并通過mcu主控芯片(24)的數據處理系統分析傳感信號，并通過rs485串口通信將測量結果發送到終端設備(5)實時顯示出來；對以上數據使用去極值求平均濾波的方法，得出一系列的最佳熒光強度；步驟s32，擬合曲線：對測得熒光強度和氯離子濃度使用最小二乘法進行線性擬合，得出的標準曲線，b值為線性擬合的截距；
12、步驟s4，實時監測氯離子：將傳感探頭(1)探入待測環境中，測量未知氯離子濃度下待測環境中的熒光強度，代入步驟s32的標準曲線方程，通過熒光強度求得待測溶液中的氯離子濃度；
13、步驟s1具體包括如下：步驟s11，截取光纖段：將1000μm直徑的光纖截成10cm的光纖段；步驟s12，打磨光纖段：使用光纖研磨機對光纖段的一端進行打磨，使其具有鏡面反射效果的光滑平面；同時，使用不同目數的砂紙對另一端進行打磨，使其形成一個帶有45°傾斜角度的光滑斜面，同樣具備鏡面反射特性；步驟s13，光纖涂覆：將打磨好的光纖段平滑的一端進行涂覆，之后將涂覆層進行剝離，之后使用超純水和酒精對光纖端面進行清潔，并使其自然風干；步驟s14，氯離子敏感薄膜涂膜：利用光纖鍍膜設備采用提拉鍍膜法在光纖段的斜面一端涂覆氯離子敏感薄膜；涂膜完成后將光纖段晾干，即得到的傳感探頭(1)為一種光纖氯離子敏感探頭；
14、其中，所述氯敏感薄膜由熒光指示劑和基質材料組成，通過包埋法將熒光指示劑固定在基質材料上；熒光指示劑為光澤精，基質材料由高分子聚合物和溶劑組成：高分子聚合物為乙酸纖維素，其具有生物兼容性好、性能穩定、制備簡單、與熒光指示劑相容性好的特點；溶劑為丙酮。
15、本專利技術一可選實施例，步驟s31中的已知氯離子濃度環境中為氯化鈉標準溶液的環境；具體為：將步驟s1中制備光纖氯離子探頭伸入到不同濃度的氯化鈉標準溶液液面下，氯化鈉標準溶液的濃度依次為0.000mol/l、0.005mol/l、0.010mol/l、0.025mol/l、0.050mol/l本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種氯離子實時監測裝置，其特征在于，包括依次連接的傳感探頭(1)、光纖適配器(4)、Y型光纖(3)、主控設備(2)和終端設備(5)；其中，所述傳感探頭(1)為光纖氯離子敏感探頭；所述Y型光纖(3)為一分二器件，其一端與所述傳感探頭(1)連接，其另外兩端分別連接有藍光發射端口(31)與熒光接收端口(32)；所述主控設備(2)包括依次連接的濾波片(21)、光電轉換器(22)、模數轉換器(23)、MCU主控芯片(24)、信號發生器(25)、LED驅動電路(26)和藍光LED(27)；所述濾波片(21)與所述熒光接收端口(32)連接，所述藍光LED(27)與所述藍光發射端口(31)連接，所述MCU主控芯片(24)與所述終端設備(5)連接；
2.根據權利要求1所述的一種氯離子實時監測裝置，其特征在于，所述MCU主控芯片(24)通過RS485串口連接的方式與所述終端設備(5)發生數據交換與傳輸。
3.根據權利要求2所述的一種氯離子實時監測裝置，其特征在于，所述終端設備(5)包括顯示模塊(51)和數據分析模塊(52)。
4.一種氯離子實時監測方法，采用如
5.根據權利要求4所述的一種氯離子實時監測方法，其特征在于，步驟S31中的已知氯離子濃度環境中為氯化鈉標準溶液的環境；具體為：將步驟S1中制備光纖氯離子探頭伸入到不同濃度的氯化鈉標準溶液液面下，氯化鈉標準溶液的濃度依次為0.000mol/L、0.005mol/L、0.010mol/L、0.025mol/L、0.050mol/L、0.075mol/L、0.100mol/L。
6.根據權利要求4所述的一種氯離子實時監測方法，其特征在于，步驟S31中的已知氯離子濃度環境中為含有氯化鈉標準溶液的沙土環境；具體為：準備七個相同的正方體容器，該容器中央為沙土腔室，兩側對稱設置溶液腔室，腔室間隔壁上均開有若干小孔，其中一側溶液腔室用于倒入氯化鈉溶液，另一側溶液腔室用于滲出氯化鈉溶液；沙土腔室內均勻鋪埋干凈沙土，該干凈沙土中不含氯離子；依次分別往7個正方體容器的一側溶液腔室中緩慢地倒入濃度為0.000mol/L、0.005mol/L、0.010mol/L、0.025mol/L、0.050mol/L、0.075mol/L、0.100mol/L的氯化鈉溶液，使7個正方體容器中分別有對應濃度的氯化鈉溶液，待溶液從底部滲入沙土并完全浸沒沙土，多出的氯化鈉溶液從另一側溶液腔室中滲出；將光纖氯離子探頭伸入伸入到沙土下，能夠完全探測到氯離子濃度即可。
...【技術特征摘要】
1.一種氯離子實時監測裝置，其特征在于，包括依次連接的傳感探頭(1)、光纖適配器(4)、y型光纖(3)、主控設備(2)和終端設備(5)；其中，所述傳感探頭(1)為光纖氯離子敏感探頭；所述y型光纖(3)為一分二器件，其一端與所述傳感探頭(1)連接，其另外兩端分別連接有藍光發射端口(31)與熒光接收端口(32)；所述主控設備(2)包括依次連接的濾波片(21)、光電轉換器(22)、模數轉換器(23)、mcu主控芯片(24)、信號發生器(25)、led驅動電路(26)和藍光led(27)；所述濾波片(21)與所述熒光接收端口(32)連接，所述藍光led(27)與所述藍光發射端口(31)連接，所述mcu主控芯片(24)與所述終端設備(5)連接；
2.根據權利要求1所述的一種氯離子實時監測裝置，其特征在于，所述mcu主控芯片(24)通過rs485串口連接的方式與所述終端設備(5)發生數據交換與傳輸。
3.根據權利要求2所述的一種氯離子實時監測裝置，其特征在于，所述終端設備(5)包括顯示模塊(51)和數據分析模塊(52)。
4.一種氯離子實時監測方法，采用如權利要求3所述的一種氯離子實時監測裝置實現的，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述的一種氯離子實...
【專利技術屬性】
技術研發人員：丁莉蕓，黃吉星，姚潤麒，龍剛，郭楊，
申請(專利權)人：蘭州大學，
類型：發明
國別省市：
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