一種快速在線水體熒光儀制造技術

本發明專利技術是一種快速在線水體熒光儀，涉及在線水質分析儀器領域，主要用于水體中葉綠素a或其它熒光物質如水中礦物油等物質的現場快速測定，本發明專利技術采用的技術方案包含，采用高強度LED激發光聚焦照射在水體產生激發熒光、熒光聚焦裝置將熒光收集并匯聚在熒光分光部件上，由熒光分光部件得到熒光光譜，對采集到的熒光光譜進行二階導數變換得到二階導數熒光光譜，二階導數的極小值點處的強度與水體中葉綠素a的濃度成正比。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術是一種快速在線水體熒光儀，涉及在線水質分析儀器領域，主要用于水體中葉綠素a或其它熒光物質如水中礦物油等物質的現場快速測定，本專利技術采用的技術方案包含，采用高強度LED激發光聚焦照射在水體產生激發熒光、熒光聚焦裝置將熒光收集并匯聚在熒光分光部件上，由熒光分光部件得到熒光光譜，對采集到的熒光光譜進行二階導數變換得到二階導數熒光光譜，二階導數的極小值點處的強度與水體中葉綠素a的濃度成正比。【專利說明】一種快速在線水體熒光儀
本專利技術屬于在線水質儀表監測領域，具體涉及水體中葉綠素a或其它熒光物質的濃度測量。
技術介紹
目前太湖、巢湖等內陸湖體藍藻水華事件頻發、在合適的溫度下、藍綠藻在在富營養化水體中瘋長引起水體中氧份耗盡、水體中水生生物死亡、水生生物死亡后產生營養釋放的循環又近一步加劇了湖體的富營養化，藍藻群體上浮、聚集在水表面形成水華，而生在水面以下的藻類群體卻明顯減少，而在水華形成前后，同一水柱中的葉綠素總量可能并沒有很大變化，在大多數情況下，這種突然出現的“水華”只不過是已存在、分散在水體中的藻類群體在適宜條件下的上浮、聚集、遷移至水面并為人們肉眼所見的過程，因此，實時監測水體中的葉綠素a的含量是能反映水華發生發展的程度。目前國內各湖區采用葉綠素a、水中溶解氧、濁度、總磷、總氮、pH值等一系列水質參數推斷水體的綜合營養指數，采用合適的模型推斷水體的營養狀況，但多個水質參數一方面設備成本、維護成本投入高，在區、縣地方很難普及；另一方面，水文、水質的監測參數反映水體的各層面特定情況，水質的各參數如葉綠素、溶解氧、濁度、透明度、PH值相互關聯，重復監測造成建設成本的浪費和分析數據的冗余，因此，在基層藍藻監測中通常只需監測葉綠素a的含量來表征水體的富營養化程度。目前在線葉綠素a的監測儀器主要是特征熒光光譜法，如專利CN101403695A采用350nm的LED激發水體葉綠素，通過光學濾光片收集620nm_715nm波段范圍內的熒光強度，根據收集的熒光量探測水體葉綠素a的濃度；在CN102253018A中采用470nm的LED光源激發水體葉綠素a，通過光學濾光片采集610nm-715nm波段的熒光，根據激發熒光量來探測水體葉綠素a的濃度，在CN102539394A中采用激發光陣列照射水體中的葉綠素，收集不同種激發光在685nm處的熒光光強，根據不同種激發光對熒光的貢獻量來探測水體中葉綠素a的濃度，在專利CN101403695A和專利CN102253018A中未考慮激發光對其它熒光物質(如葉綠素b、葉綠素C、核黃素等)的激發而引起的熒光，熒光光譜帶寬較大，專利CN102539394A從不同種波長激發光對熒光物質的激發效率不同而將熒光細化以提高葉綠素a的探測精度；本專利對熒光光譜進行分析，采用光譜范圍內變化最快區域內熒光代表葉綠素a產生的熒光，減小的熒光光譜的帶寬，提高了探測的精度和增強了儀器的檢出限。
技術實現思路
針對現有技術中的不足，本專利技術的目的在于提供新的方法設計一種快速在線水體熒光儀，采用熒光分光部件檢測水體葉綠素a或其它熒光物質在各個波長處的熒光強度，對各個波長處熒光強度進行變換得二階導數熒光光譜，二階導數熒光光譜的極值點反映了原始光譜的極大值點，二階導數光譜的正或負過零點反映了原始光譜強度增加或減小最快的點，其正和負過零點區域內所包含的熒光強度面積代表了激發的葉綠素a的濃度，通過過零點熒光強度面積表征葉綠素a濃度的方式減少了其它熒光物質所發熒光對葉綠素a的干擾，壓縮原始熒光光譜的帶寬并將不同種物質熒光區分開來。一種快速在線水體熒光儀的技術方案包含以下步驟:步驟SlOl:激發光部件發射激發光束照射在水體，水體中的葉綠素a或其它熒光物質由于受到激發產生熒光。步驟S102:熒光聚集裝置采集激發的熒光，并將熒光照射到熒光分光部件上，由熒光分光部件記錄下熒光光譜。步驟S103:根據采集到的熒光計算水體中的葉綠素a或其它熒光物質的含量。如上所述的一種快速在線水體熒光儀，其特征在于:在SlOl步驟中，采用365nm的高強度紫外發光二極管照射水體產生葉綠素a的熒光或其它波段二極管照射產生其它熒光物質，高強度紫外二極管經過聚焦透鏡匯聚在水體探測點。如上所述的一種快速在線水體熒光儀，其特征在于:在S102步驟中，熒光儀的熒光分光部件，采用衍射光柵的方式實現熒光色散，分光部件將熒光按照波長大小照射在探測器單元上，探測器單元采用線陣CCD陣列。如上所述的一種快速在線水體熒光儀，其特征在于:在S103步驟中，對步驟2中的熒光光譜做二階導數變換得到二階導數熒光光譜，將二階導數光譜極值點附近的正、負過零點所包含的導數光譜的面積和上傳至微控制器，由微控制器采集二階導數熒光光譜來計算葉綠素a的濃度。如上所述的一種快速在線水體熒光儀，由微控制器控制激發光激發水體中葉綠素產生熒光，微控制器采集經過熒光分光部件分光后所得到的二階導數熒光光譜極值點附近的正、負過零點的二階導數光譜面積并據此計算水體中葉綠素a的濃度，將葉綠素a的濃度通過modbus協議傳輸至上位機，并可在上位機上設定水體葉綠素濃度熒光儀的底層參數和查詢熒光儀的工作狀態。【專利附圖】【附圖說明】圖1為本專利技術一種快速在線水體熒光儀的流程圖；圖2為本專利技術一種快速在線水體熒光儀框架圖；圖3為本專利技術實施例中水體中葉綠素濃度熒光儀的一種脈沖恒亮度激發光的控制電路圖。圖4為本專利技術實施例中水體中葉綠素濃度熒光儀的結構示意圖；圖5為一種快速在線水體熒光儀的熒光光譜采集系統。圖6為本專利技術實施例中激發突光光譜；圖7為本專利技術實施例中二階導數熒光光譜；圖8為本專利技術實施例中二階導數熒光光譜和原始熒光光譜的性能對比；【具體實施方式】下面結合說明書附圖與【具體實施方式】對本專利技術做進一步的詳細說明。圖1為本專利技術一種快速在線水體葉綠素熒光儀的流程圖，具體包括以下步驟:步驟SlOl:激發光部件發射激發光束照射在水體，水體中的葉綠素a或其它熒光物質由于受到激發產生熒光。其中，激發光源I的波長為365nm、高亮度、穩定的發光二極管，發光二極管經過透鏡101的聚焦后照射到水體，在透鏡前由光窗102密封。步驟S102:熒光聚集裝置采集激發的熒光，并將熒光照射到熒光分光部件上，由熒光分光部件記錄下熒光光譜。其中，穿過光窗105的熒光經過聚焦透鏡103聚焦到一點，經過傳導光纖106將熒光傳輸到突光分光部件107。步驟S103:根據采集到的熒光計算水體中的葉綠素a或其它熒光物質的含量。將采集到的熒光光譜傳輸到微控制器中，經過微控制器的變換得到二階導數熒光光譜，用二階導數光譜中正、負過零點所包含的面積表征計算葉綠素a的濃度，壓縮熒光光譜帶寬、排除了其它熒光物質對葉綠素a的干擾。圖2是一種快速在線水體葉綠素熒光儀框架圖，包含微控制器發出指令控制恒亮度電路，由電路控制發光二極管從而得到恒定亮度的激發光源；激發光激發水體產生的熒光經過熒光聚焦模塊后照射到分光模塊，得到激發熒光光譜，熒光光譜傳輸到微控制器，經過微控制計算出葉綠素a的濃度并顯示，同時微控制器和上位機通信，在檢測到不同濃度的葉綠素a時發出報警信號。圖3是一種快速在線水體葉綠素熒光儀的一種恒功率、恒亮度電路，由于發光二極管的光強由輸入到二極管的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種快速在線水體熒光儀，其工作過程包含以下步驟：步驟S101：激發光部件發射激發光束照射在水體，水體中的葉綠素a或其它熒光物質由于受到激發產生熒光。步驟S102：熒光聚集裝置采集激發的熒光，并將熒光照射到熒光分光部件上，由熒光分光部件記錄下熒光光譜。步驟S103：根據采集到的熒光計算水體中的葉綠素a或其它熒光物質的含量。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王雅娜，晏光輝，
申請(專利權)人：王雅娜，
類型：發明
國別省市：