一種熒光溶解氧在線測量裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術涉及水體溶解氧測量領域，具體為一種工業現場在線測量的熒光溶解氧在線測量裝置，包括不銹鋼腔體、和內置于不銹鋼腔體內的發射單元、接受單元、熒光膜和控制電路板；發射單元包括激發光源和參考光源，激發光源發出的光經過調制匯聚于不銹鋼腔體底部的熒光膜上并與熒光膜作用，發出熒光；參考光源經過調制發射出與激發光源同頻率參考光信號；接收單元，包括光電探測器和設置于光電探測器前的濾光片；控制電路板的輸入端與接收單元連接，接受來自接收單元的電信號，輸出端通過防水傳輸電纜與上位機實現通訊連接，另一輸出端與發射單元連接，控制和調制激發光源和參考光源的光信號，具有結構緊湊、耐壓，抗干擾性好，測量精度高等優點。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及水體溶解氧測量領域，具體為一種工業現場在線測量的熒光溶解氧在線測量裝置。
技術介紹
隨著工業的高速發展，水體壞境也遭受到了更多的污染。在工業生產、水產養殖、 環境監測、醫療衛生和科學研究領域中，需要實時掌握水體中的溶解氧的濃度以便進行檢測和控制。傳統方法一直采用電流法和極譜法測量溶解氧。這種方法對于市政和工業廢水中的溶解氧監測中起著非常重要的作用。傳統的方法包括碘量法(即winkler法)、氧電極法。碘量法通過一系列化學反應生成與水樣中溶解氧含量相當的游離態碘，從而計算出溶解氧的含量，這是一種經典的測定溶解氧的方法，測量精度高且準確性好，但該法是一種純化學方法，化學反應復雜，易受干擾，測量時間長，無法實現實時在線測量。氧電極法是一種電化學方法，其基本原理是水樣中的溶解氧在電解液中的陰極處發生還原反應，產生與氧濃度成正比的擴散電流，這樣通過測量擴散電流值即可標定處于被測水樣中溶解氧的含量，用這種方法可以實現溶解氧的現場連續測量。但是電化學方法需要使用膜、電極和電解液，從而會導致很多問題，即使進行定期維護，還是不能得到準確的測量結果。本專利采用光學手段進行水體溶解氧的測量，可以避免實驗室測量和電極維護帶來的繁瑣，為溶解氧的在線監測技術提供了新的技術手段。
技術實現思路
為了克服現有技術中存在的上述方法的缺點，實現水體溶解氧的實時、在線測量， 本專利技術的目的在于提供一種基于熒光技術，無需電極和電解液，幾乎不用維護，且不易受到外界干擾性能優異，使用方便的熒光溶解氧在線測量裝置。本專利技術的技術方案如下一種熒光溶解氧在線測量裝置，包括不銹鋼腔體、和內置于不銹鋼腔體內的發射單元、接受單元、熒光膜和控制電路板；其中發射單元包括激發光源和參考光源，激發光源發出的光經過控制電路板的調制匯聚于不銹鋼腔體底部的熒光膜上并與熒光膜作用，發出熒光；參考光源經過控制電路板的調制發射出與激發光源同頻率參考光信號，匯聚于不銹鋼腔體底部的熒光膜上；接收單元，包括光電探測器和設置于光電探測器前的光濾光片，熒光信號和參考光信號經過濾光片的過濾后，經光電探測器將光信號轉化為電信號；控制電路板的輸入端與接收單元連接，接受來自接收單元的電信號，輸出端通過防水傳輸電纜與上位機實現通訊連接，另一輸出端與發射單元連接，控制和調制激發光源和參考光源的光信號。不銹鋼腔體內還安裝有溫度檢測單元，溫度檢測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線與控制電路板的一輸入端相連，在檢測前溫度檢測單元測量環境溫度，并將所測數據通過信號線傳送至控制電路板中。發射單元和接受單元通過固定件連接為一體化結構，固定件上設置有激發光源和參考光源的探孔，中間部位開有固定光電探測器的安裝孔，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光源和參考光源的輸入端連接， 用于控制光源的工作狀態；調制模塊，其輸出端分別與激發光源和參考光源的輸入端連接， 用于調制光源的頻率；數據處理模塊，其輸入端連接接受單元，另一輸入端與調制模塊相連，根據采集的數據計算出溶解氧濃度。激發光源為藍光LED，中心波長450nm ；參考光源為紅光LED，中心波長為620nm。濾光片采用中心波長為620nm的窄帶濾光片。本專利技術具有以下優點和有益效果1.采用本專利技術裝置進行探測采用熒光方法進行探測，不需要電極和電解液，幾乎不用維護，簡便實用，適用于長期無人值守監測；2.整個設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，可靠性高，可以滿足電磁環境復雜的場合應用；3.本專利技術裝置具有溫度檢測單元安裝在不銹鋼腔體上，可以實時獲取現場溫度數據，做到實時溫度補償；溫度對測量結果的影響，4.本專利技術裝置的發射單元和接收單元為一體化設計，能有效地防止水蒸汽進入到探測器；5.本專利技術裝置采用了不同顏色的雙光源參考比較，可以有效消除環境波動帶來的影響，提高了系統測量結果的準確性；藍色光與熒光物質作用，產生熒光，這個熒光信號與氧氣濃度有關，而紅光不會與熒光物質作用，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的影響，除了光源光強的波動，還有扣除初始相位的功能；7.本專利技術在線水體溶解氧測量裝置采用高亮度發光二極管作為光源，采用高強度不銹鋼腔體密封，結構緊湊、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、 在線測量。本專利技術既可以手持式操作，現場觀測測量結果，也可以通過遠程通訊接口，實現長期、定點無人監測，數據自動采集與傳輸。本專利技術可以廣泛應用于水廠、污水處理廠、電廠的環境監測，也可以用于養殖業水體溶解氧的自動監控。該專利技術還具有成本低廉、生產工藝簡單，具有廣泛的市場應用前景。附圖說明圖1為本專利技術實施例裝置的結構示意圖；圖2為本專利技術實施例光電部件的一體化設計結構圖示意圖；圖3為本專利技術實施例控制電路板的模塊示意圖；圖4為本專利技術實施例水體溶解氧變化的實測曲線；其中1為控制電路板、2為溫度探頭、3為參考光源4為光電探測器、5為熒光膜、6 為濾光片、7為激發光源、8為傳輸電纜、9為不銹鋼腔體。具體實施方式實施例如圖1所示，為本專利技術實施例裝置的結構示意圖；包括不銹鋼腔體9、和內置于不銹鋼腔體9內的發射單元、接受單元、熒光膜5和控制電路板1 ；其中發射單元包括發射激光的激發光源7和用于消除環境波動的參考光源3，參考光源3經過控制電路板1的方波調制成頻率為5KHz的參考光信號，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，中心波長為620nm。激發光源7發出的光經過控制電路板1的方波調制成頻率與參考光源同頻率的光后匯聚于不銹鋼腔體9底部的熒光膜5上并與熒光膜5作用，發出熒光；本實施例中激發光源7為藍光LED采用高亮度藍光發光二極管，中心波長450nm。接收單元，包括光電探測器4和位于光電探測器4鏡頭前的濾光片6，熒光信號和參考光信號經過濾光片6的過濾后，經光電探測器4將光信號轉化為電信號，本實施例中濾光片6采用中心波長為620nm的窄帶濾光片，光電探測器為光電二極管。控制電路板1的輸入端與接收單元連接，用于接收來自激發光源7和參考光源3 的信號，輸出端通過防水傳輸電纜8與上位機實現通訊連接，另一輸出端與發射單元連接， 控制和調制激發光源7和參考光源3的發光情況和光信號，控制電路板1負責完成光源控制、熒光信號的采集、溫度采集、濃度反演、數據保存，控制電路板1采用型號為MSP43H49 單片機，是整個控制的核心，負責命令的發送、數據采集、數據處理以及與上位機的通信功能，采用低功耗單片機來實現。如圖3所示，控制電路板1包括控制模塊，其輸出端分別與激發光源7和參考光源3的輸入端連接，用于控制光源的工作狀態，控制激發光源7和參考光源3按照不同的時序發射光信號；調制模塊，其輸出端分別與激發光源7和參考光源3的輸入端連接，用于調制光源的頻率，使得激發光源7和參考光源3發出的光信號的調制成需要的頻率；數據處理模塊與接受單元信號連接，數據處理模塊的一輸入端還與調制模塊連接，用于接受調制頻率信息， 數據處理模塊根據收集的數據，計算出溶解氧濃度。不銹鋼腔體9內還安裝有溫度檢測單元，溫度檢測單元包括緊密貼靠在不銹鋼腔體9上的溫度探頭2，本實施例中溫度探頭采用熱本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種熒光溶解氧在線測量裝置，其特征在于，包括不銹鋼腔體（９）、和內置于不銹鋼腔體（９）內的發射單元、接受單元、熒光膜（５）和控制電路板（１）；其中：發射單元包括激發光源（７）和參考光源（３），激發光源（７）發出的光經過控制電路板（１）的調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，發出熒光；參考光源（３）經過控制電路板（１）的調制發射出與激發光源（７）同頻率參考光信號，匯聚于不銹鋼腔體（９）底部的熒光膜（５）上；接收單元，包括光電探測器（４）和設置于光電探測器（４）前的光濾光片（６），熒光信號和參考光信號經過濾光片（６）的過濾后，經光電探測器（４）將光信號轉化為電信號；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，輸出端通過防水傳輸電纜（８）與上位機實現通訊連接，另一輸出端與發射單元連接，控制和調制激發光源（７）和參考光源（３）的光信號。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮巍巍，陳令新，馬正，
申請(專利權)人：中國科學院煙臺海岸帶研究所，
類型：實用新型
國別省市：37