[實(shí)用新型]一種多通道光學(xué)溶解氧測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520343626.2
• 申請日: 2015-05-25
• 公開（公告）號: CN204613109U
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常建華;朱成剛;孔春霞
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種多通道光學(xué)溶解氧測量裝置，屬于溶解氧測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著光學(xué)傳感器的發(fā)展，熒光分析與測量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水體中溶解氧濃度的檢測，基于熒光猝滅機(jī)理的光學(xué)溶解氧測量方法逐漸替代了傳統(tǒng)的碘量法和氧電極法，對水中溶解氧濃度的檢測在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)及環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域等方面都具有重要的意義。

然而，在許多現(xiàn)有的技術(shù)中，如中國的一篇發(fā)明(公開號：CN?1731154A)、一篇實(shí)用新型(公開號：CN?2014788947?U)，二者都采用了基于熒光強(qiáng)度的測量方法來測定水體中溶解氧濃度，這將會(huì)帶來由于光源波動(dòng)等因素而產(chǎn)生的誤差，降低了系統(tǒng)靈敏度以及測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。而基于熒光壽命的測量的方法雖然在測量精度上有了提高，但測量過程相對復(fù)雜，測量時(shí)間較長。

此外，基于熒光強(qiáng)度的測量方法多數(shù)是采用單通道的光學(xué)接收結(jié)構(gòu)，是通過產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度與溶解氧濃度呈相應(yīng)的線性關(guān)系來直接實(shí)現(xiàn)對溶解氧測量，由于光源強(qiáng)度的變化，無疑會(huì)增加測量誤差，造成系統(tǒng)測量精度不高。而且，激發(fā)產(chǎn)生的熒光是一種散射光，單通道的光學(xué)接收結(jié)構(gòu)本身也會(huì)降低熒光的接收效率，從而帶來溶解氧濃度測量范圍較小的劣勢，也不利于溶解氧測量系統(tǒng)的實(shí)用化發(fā)展。

進(jìn)一步的，對于溶解氧的測量也有使用光纖來實(shí)現(xiàn)激發(fā)光傳輸和熒光接收若采用激光作為激勵(lì)光，由于能量較高，這將會(huì)大大縮短熒光敏感膜的壽命，而采用發(fā)光二極管(LED)，需考慮激勵(lì)光源和熒光如何高效地耦合進(jìn)入光纖，即便使用帶尾纖輸出的LED光源，無疑也會(huì)帶來成本上的增加。同時(shí)，光纖式溶解氧測量裝置多數(shù)是一種分立探測的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致整個(gè)測量系統(tǒng)的集成度不高。

最后，許多現(xiàn)有的技術(shù)中，當(dāng)采用基于熒光強(qiáng)度的方法測量溶解氧時(shí)，在采集熒光信號至數(shù)據(jù)分析、處理及線性擬合過程中，采用的方法精度不是很高，如最小二乘法，對于溶解氧濃度的檢測不僅需要高精度的數(shù)據(jù)處理電路，而且也需要良好的數(shù)據(jù)處理、線性擬合方法。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是：提供一種多通道光學(xué)溶解氧測量裝置，提高了熒光的接收效率，克服了現(xiàn)有基于熒光強(qiáng)度檢測法因光源不穩(wěn)所帶來的測量誤差，使得溶解氧測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，提高了測量裝置的長期可靠性。

本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種多通道光學(xué)溶解氧測量裝置，包括密封外殼，以及設(shè)置于密封外殼內(nèi)部的激發(fā)光源模塊、熒光產(chǎn)生模塊、多通道熒光接收模塊、信號處理單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元，還包括設(shè)置于密封外殼外部的計(jì)算機(jī)處理單元，所述多通道熒光接收模塊包括三個(gè)相同的熒光接收通道，每個(gè)熒光接收通道內(nèi)沿?zé)晒馍鋪淼姆较蛞来卧O(shè)置有帶通濾波片、光聚焦透鏡、光電探測器，三個(gè)熒光接收通道的熒光接收角度分別為與熒光產(chǎn)生模塊所在平面成45度、60度、90度，且三個(gè)熒光接收通道位于同一平面，相互隔離；

所述激發(fā)光源模塊產(chǎn)生激發(fā)光射向熒光產(chǎn)生模塊，熒光產(chǎn)生模塊接收激發(fā)光并產(chǎn)生熒光，該熒光分別射向三個(gè)熒光接收通道，并在每個(gè)熒光接收通道內(nèi)依次經(jīng)帶通濾波片、光聚焦透鏡后由光電探測器接收，光電探測器、信號處理單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元、計(jì)算機(jī)處理單元依次連接。

優(yōu)選的，所述激發(fā)光源模塊包括光源發(fā)生器、光源調(diào)制電路、光源驅(qū)動(dòng)電路，所述光源調(diào)制電路、光源驅(qū)動(dòng)電路分別與光源發(fā)生器連接，光源調(diào)制電路、光源驅(qū)動(dòng)電路還分別與數(shù)據(jù)采集與控制單元連接。

優(yōu)選的，所述熒光產(chǎn)生模塊包括水密玻璃片、氧熒光敏感膜、熒光增敏劑，所述水密玻璃片鑲嵌于密封外殼的底部，其中一個(gè)表面位于密封外殼的內(nèi)部，另一個(gè)表面與外界接觸，且與外界接觸的表面依次涂覆有氧熒光敏感膜和熒光增敏劑。

優(yōu)選的，所述信號處理單元包括前置放大器、濾波整形電路以及精密有效值轉(zhuǎn)換電路，所述前置放大器的輸入端與各通道光電探測器的輸出端連接，輸出端經(jīng)濾波整形電路連接精密有效值轉(zhuǎn)換電路的輸入端，精密有效值轉(zhuǎn)換電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集與控制單元連接。

優(yōu)選的，所述密封外殼的材質(zhì)為不銹鋼或防水高分子材料。

本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1、本實(shí)用新型多通道光學(xué)溶解氧測量裝置，構(gòu)建了三個(gè)熒光接收通道，通過測量兩兩通道之間的熒光強(qiáng)度值之比來實(shí)現(xiàn)對溶解氧濃度的精準(zhǔn)測量，有效地降低光源強(qiáng)度變化對溶解氧測量結(jié)果的影響，降低了測量誤差。

2、本實(shí)用新型多通道光學(xué)溶解氧測量裝置，采用了有效的算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)對三個(gè)兩兩通道之間的比值數(shù)據(jù)的融合處理，降低了氧濃度測量的不確定性。