一種藻類濃度原位熒光檢測裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種藻類濃度原位熒光檢測裝置。本發明專利技術以多波段LED激發光源，以雪崩二極管為探測器，研發了一種用于藻類濃度測量的原位熒光檢測技術與裝置，該裝置解決了光學測量窗口污染、自然光照和濁度對熒光測量結果的影響等問題，可滿足野外自然光照條件下水體藻類濃度原位快速監測需求。該裝置可用于野外水體藻類濃度快速調查，也可以固定安裝于浮標上或者自動監測站中對固定監測點的藻類濃度進行長期連續監測，具有良好的市場前景。

【技術實現步驟摘要】
一種藻類濃度原位熒光檢測裝置
本專利技術涉及藻類濃度檢測裝置領域，具體為一種藻類濃度原位熒光檢測裝置。
技術介紹
隨著經濟的迅猛發展，許多湖泊生態環境受到嚴重破壞，湖泊富營養化問題日益嚴重。水體的富營養化導致水體藻類的大量增殖，過量的藻類耗盡水體中的溶解氧，引起水生生物大量死亡、水體發黑發臭。特別是自20世紀70年代以來，我國內陸湖庫水華發生頻率以每10年增加3倍的速度不斷上升，而且單次水華發生的面積和持續時間不斷擴大，所造成的危害程度也逐年增加。根據國際上湖泊治理的經驗，湖泊富營養化狀況不可能在短時間內有明顯改善。在未來數十年時間內，我國的多數湖庫仍會頻繁出現藻類水華。目前，減少水體富營養化造成損失的最有效措施是發展藻類濃度原位檢測技術，加強敏感水域藻類水華的在線監測和預警，為及時采取治理措施，防治水華成災爭取寶貴時間。目前，水體藻類濃度的測量方法可以分為顯微計數、葉綠素含量測定、衛星遙感三種。顯微計數采集的樣品需要經過魯格氏液、甲醛等固定液固定，帶回實驗室沉淀濃縮后進行定性定量分析，需要花費的時間較長。此外，顯微鏡下藻類分類和計數需要非常專業的人員，而且分析樣品的效率較低(一般而言，對一個樣品同時進行定性定量分析約需2小時)。葉綠素含量測定是一種相對較快速簡單的測量技術，但傳統的測量方法多為現場采集后帶回實驗室抽取，然后進行分光光度計分析、熒光分光光度計分析或高效液相色譜(HPLC)分析，但這種技術最快也需要1-2天才能獲得結果。這兩種方法均不能立即反映出水體中的藻類信息，而是要經過一段分析時間，從而降低了生物監測的時效性，大大影響水華的監測和預測。衛星遙感具備監測范圍廣、數據多、不受地理位置和人為條件限制等優點，但其容易受天氣條件影響，且往往需要藻類細胞累積到一定程度(可能已經發生水華)才能監測至IJ，達不到預測的效果，而且購買衛星遙感數據費用高，分析復雜，因此衛星遙感多在專業機構進行。近些年來，熒光技術作為一種葉綠素a含量的測量方法在藻類快速監測方面得到很大的發展。Lee等人根據藍藻所具有的藻蛋白發出的特征熒光譜，建立了現場活體監測藍藻含量的熒光分析技術，在0.01-10 u g/mL的范圍內可準確測定海水樣品中的藍藻含量；Kolbowski等人(1995)通過初始突光區分開了三個主要的藻類種群；Beutler等人(2002)，利用浮游藻活體葉綠素激發熒光光譜，將浮游藻分為四大類(綠藻，藍藻，隱藻，混合藻(含甲藻和硅藻))識別測定，建立了浮游藻群落組成測定方法；王志剛等人(2007)采用多波段LED作用激發光源，利用葉綠素a離散激發熒光光譜，研發了藍藻、綠藻和褐藻分類測量方法與系統。盡管葉綠素熒光可以快速、靈敏和無損傷地探測藻類細胞的色素組成和含量，且基于活體熒光的藻類濃度測量原理和方法已經成熟，但是，目前尚缺乏可野外環境的原位測量技術與裝置，究其主原因是在正常生理條件，藻類葉綠素熒光強度不足吸收光能的1%，葉綠素熒光信號的檢測受到自然光照、水體濁度以及光學測量窗口污染等諸多因素干擾，難以實現原位熒光信號的精確測量。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種藻類濃度原位熒光檢測裝置，以解決現有技術藻類濃度檢測裝置測量窗口易污染、自然光照和濁度對熒光測量結果會產生不利影響的問題。為了達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案為:—種藻類濃度原位突光檢測裝置，包括有封閉的外殼，其特征在于:外殼一側側壁上安裝有光學窗口，所述外殼內設置有S3C2440內核的嵌入式主控制模塊、光源驅動模塊、熒光檢測模塊，其中光源驅動模塊由脈沖寬度調制電路構成，熒光檢測模塊由光電轉換電路、前置放大電路、帶通濾波電路、可變增益放大電路、全波整流電路和低通濾波電路構成，所述光源驅動模塊上接入有多個不同波段的LED激發光源，且其中一個LED激發光源為紅外LED光源，所述熒光檢測模塊上接入有雪崩二極管作為光電探測器，所述外殼內還設置有熒光探測光纖、多個激發光纖，且多個激發光纖呈錐形均勻分布在熒光探測光纖周圍，多個激發光纖的一端分別各自通過低通濾光片一一對應耦合至多個LED激發光源，熒光探測光纖一端通過高通濾光片耦合至光電探測器，熒光探測光纖、多個激發光纖另一端分別伸向光學窗口，且多個激發光纖另一端分別與光學窗口平面呈銳角；所述主控制模塊控制光源驅動模塊分時驅動多個LED激發光源產生激發光，分時的激發光穿過光學窗口出射至樣品，使樣品分時發射與各個LED激發光源頻率 對應的多組調制熒光，多組調制熒光分時通過熒光探測光纖被光電探測器接收，由光電探測器將調制熒光信號送入熒光檢測模塊中的光電轉換電路轉換為電信號，電信號依次經過前置放大電路、帶通濾波電路、可變增益放大電路處理后得到正弦信號，正弦信號再依次經過全波整流電路和低通濾波處理后得到正比于樣品調制熒光強度的直流信號，所述直流信號送入主控制模塊，由主控制模塊內的模數轉化器數字化采集。由主控制模塊控制切換激發光源LED，采集不同激發波長激發下樣品熒光強度，構成樣品激發熒光光譜，最后主控制模塊再利用采集到的激發熒光光譜反演得到樣品中藻類濃度。所述的一種藻類濃度原位熒光檢測裝置，其特征在于:由光電探測器、多個LED激發光源，及熒光探測光纖、呈錐形均勻分布在熒光探測光纖周圍的多個激發光纖構成端窗式熒光激發-發射結構，端窗式光學結構可方便窗口清潔與遮光等結構設計。所述的一種藻類濃度原位熒光檢測裝置，其特征在于:LED激發光源有七個，其中六個LED激發光源的波段分別為468nm、525nm、572nm、590nm、610nm,用于激發浮游植物樣品產生激發熒光光譜；第七個為波段為850nm紅外LED光源，用于水體濁度測量，補償由于濁度對熒光測量的影響。所述的一種藻類濃度原位熒光檢測裝置，其特征在于:所述外殼設有光學窗口的側壁上通過一個轉軸轉動安裝有遮光蓋、清洗刷，遮光蓋和清洗刷分別用于解決原位測量中光學窗口遮光和自清潔光問題；所述遮光蓋、清洗刷呈180度直線分布，所述外殼內安裝有防水電機，所述防水電機的電機軸與轉軸傳動連接。所述的一種藻類濃度原位熒光檢測裝置，其特征在于:所述遮光蓋與光學窗口之間具有間隙，保持長期的原位測量樣品的流動更新。所述的一種藻類濃度原位熒光檢測裝置，其特征在于:多個激發光纖另一端分別與光學窗口平面呈45°角。所述的一種藻類濃度原位熒光檢測裝置，其特征在于:所述低通濾光片為630nm低通濾光片，所述高通濾光片為650nm高通濾光片，減小激發光源散射光對熒光測量的影響。本專利技術針對藻類濃度原位監測需求，基于葉綠素熒光光譜的藻類濃度分析方法，設計了一種可用于野外環境水體的藻類活體熒光原位檢測裝置，該裝置有效的解決了光學測量窗口易受污染、自然光照和濁度對熒光測量結果產生不利影響的問題，實現了藻類活體熒光原位檢測，可滿足野外自然光照條件下水體藻類濃度原位快速監測需求。【附圖說明】圖1為本專利技術內部結構示意圖。圖2為本專利技術光學窗口仰視圖。圖3為本專利技術熒光檢測過程中信號時序圖。圖4為本專利技術自然光照條件下藻類原位熒光檢測信號圖。【具體實施方式】如圖1、圖2所示。一種藻類濃度原位熒光檢測裝置，包括有封閉的外殼13，外殼13—側側壁上安裝有光學窗口 9，外殼13內設置有S3C2440內核的嵌本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種藻類濃度原位熒光檢測裝置，包括有封閉的外殼，其特征在于：外殼一側側壁上安裝有光學窗口，所述外殼內設置有S3C2440內核的嵌入式主控制模塊、光源驅動模塊、熒光檢測模塊，其中光源驅動模塊由脈沖寬度調制電路構成，熒光檢測模塊由光電轉換電路、前置放大電路、帶通濾波電路、可變增益放大電路、全波整流電路和低通濾波電路構成，所述光源驅動模塊上接入有多個不同波段的LED激發光源，且其中一個LED激發光源為紅外LED光源，所述熒光檢測模塊上接入有雪崩二極管作為光電探測器，所述外殼內還設置有熒光探測光纖、多個激發光纖，且多個激發光纖呈錐形均勻分布在熒光探測光纖周圍，多個激發光纖的一端分別各自通過低通濾光片一一對應耦合至多個LED激發光源，熒光探測光纖一端通過高通濾光片耦合至光電探測器，熒光探測光纖、多個激發光纖另一端分別伸向光學窗口，且多個激發光纖另一端分別與光學窗口平面呈銳角；所述主控制模塊控制光源驅動模塊分時驅動多個LED激發光源產生激發光，分時的激發光穿過光學窗口出射至樣品，使樣品分時發射與各個LED激發光源頻率一一對應的多組調制熒光，多組調制熒光分時通過熒光探測光纖被光電探測器接收，由光電探測器將調制熒光信號送入熒光檢測模塊中的光電轉換電路轉換為電信號，電信號依次經過前置放大電路、帶通濾波電路、可變增益放大電路處理后得到正弦信號，正弦信號再依次經過全波整流電路和低通濾波處理后得到正比于樣品調制熒光強度的直流信號，所述直流信號送入主控制模塊，由主控制模塊內的模數轉化器數字化采集；由主控制模塊控制切換激發光源LED，采集不同激發波長激發下樣品熒光強度，構成樣品激發熒光光譜，最后主控制模塊再利用采集到的激發熒光光譜反演得到樣品中藻類濃度。...

【技術特征摘要】
1.一種藻類濃度原位突光檢測裝置，包括有封閉的外殼，其特征在于:外殼一側側壁上安裝有光學窗口，所述外殼內設置有S3C2440內核的嵌入式主控制模塊、光源驅動模塊、熒光檢測模塊，其中光源驅動模塊由脈沖寬度調制電路構成，熒光檢測模塊由光電轉換電路、前置放大電路、帶通濾波電路、可變增益放大電路、全波整流電路和低通濾波電路構成，所述光源驅動模塊上接入有多個不同波段的LED激發光源，且其中一個LED激發光源為紅外LED光源，所述熒光檢測模塊上接入有雪崩二極管作為光電探測器，所述外殼內還設置有熒光探測光纖、多個激發光纖，且多個激發光纖呈錐形均勻分布在熒光探測光纖周圍，多個激發光纖的一端分別各自通過低通濾光片一一對應耦合至多個LED激發光源，熒光探測光纖一端通過高通濾光片耦合至光電探測器，熒光探測光纖、多個激發光纖另一端分別伸向光學窗口，且多個激發光纖另一端分別與光學窗口平面呈銳角； 所述主控制模塊控制光源驅動模塊分時驅動多個LED激發光源產生激發光，分時的激發光穿過光學窗口出射至樣品，使樣品分時發射與各個LED激發光源頻率 對應的多組調制熒光，多組調制熒光分時通過熒光探測光纖被光電探測器接收，由光電探測器將調制熒光信號送入熒光檢測模塊中的光電轉換電路轉換為電信號，電信號依次經過前置放大電路、帶通濾波電路、可變增益放大電路處理后得到正弦信號，正弦信號再依次經過全波整流電路和低通濾波處理后得到正比于樣品調制熒光強度的直流信號，所述直流信號送入主控制模塊，由主控制模塊內的模數轉化器數字化采集；由主控制模塊控制切換激發光源LED，采集不同激發波長激發下樣品熒...

【專利技術屬性】
技術研發人員：殷高方，張玉鈞，趙南京，石朝毅，胡麗，段靜波，方麗，肖雪，余曉婭，甘婷婷，董欣欣，劉建國，劉文清，
申請(專利權)人：中國科學院安徽光學精密機械研究所，
類型：發明
國別省市：