[發(fā)明專利]一種利用同步偏振及熒光的懸浮顆粒物通量測(cè)量裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010137231.2
• 申請(qǐng)日: 2020-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN111366510B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖然;馬輝;李嘉晉;鄧寒波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院
• 主分類號(hào): G01N15/06
• 分類號(hào): G01N15/06
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

一種利用同步偏振及熒光的懸浮顆粒物通量測(cè)量裝置，包括光源、起偏器、照射光學(xué)系統(tǒng)、第一接收光學(xué)系統(tǒng)、第二接收光學(xué)系統(tǒng)、偏振成像系統(tǒng)、熒光相機(jī)和圖像處理端，光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)起偏器后產(chǎn)生入射偏振光，經(jīng)過(guò)照射光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為片光源，照射一液體截面內(nèi)的多個(gè)懸浮顆粒物，第一、第二接收光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在對(duì)稱的兩個(gè)散射角度處，接收懸浮顆粒物的散射光并分別送至偏振成像系統(tǒng)和熒光相機(jī)，使得每個(gè)懸浮顆粒物分別同時(shí)在偏振成像系統(tǒng)和熒光相機(jī)上形成偏振圖像像點(diǎn)和熒光圖像像點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)水體截面內(nèi)多個(gè)懸浮顆粒物通量的測(cè)量，利用每個(gè)懸浮顆粒物的偏振?熒光同步測(cè)量數(shù)據(jù)，確定懸浮顆粒物的種類信息。該裝置能夠快速、高通量識(shí)別水體懸浮顆粒物。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及懸浮顆粒物的探測(cè)，特別是一種利用同步偏振及熒光的懸浮顆粒物通量測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

快速、準(zhǔn)確、大量地獲得水體中懸浮顆粒物的信息，特別是測(cè)量它們的通量，是生態(tài)研究、環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要手段。當(dāng)前估計(jì)水體懸浮顆粒的方法，包括稱重、質(zhì)量或數(shù)量濃度等，不能對(duì)水體懸浮顆粒分類和識(shí)別。光學(xué)方法因?yàn)楦叻直媛?、無(wú)損傷、非接觸等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注。傳統(tǒng)光學(xué)成像方法利用復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)對(duì)成像面內(nèi)的多個(gè)顆粒同時(shí)成像，利用外形、整體結(jié)構(gòu)等來(lái)識(shí)別和分類顆粒物；結(jié)合流式進(jìn)樣技術(shù)，可以獲得水體中顆粒物的通量信息，但是面臨分辨率、視野相互制約的困境。光學(xué)熒光、散射方法通過(guò)測(cè)量顆粒物的色素?zé)晒狻⑸⑸涔鈴?qiáng)等，獲得水體整體的光學(xué)效應(yīng)，對(duì)顆粒物的識(shí)別和分類能力有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服上述技術(shù)缺陷，提供一種利用同步偏振及熒光的懸浮顆粒物通量測(cè)量裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種利用同步偏振及熒光的懸浮顆粒物通量測(cè)量裝置，包括光源、起偏器、照射光學(xué)系統(tǒng)、第一接收光學(xué)系統(tǒng)、第二接收光學(xué)系統(tǒng)、偏振成像系統(tǒng)、熒光相機(jī)和圖像處理端，其中，所述光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述起偏器后產(chǎn)生入射偏振光，經(jīng)過(guò)所述照射光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為片光源，照射一液體截面內(nèi)的多個(gè)懸浮顆粒物，所述第一接收光學(xué)系統(tǒng)和所述第二接收光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)于所述片光源設(shè)置在對(duì)稱的兩個(gè)散射角度處，接收來(lái)自被照射的各懸浮顆粒物的散射光并分別傳送至所述偏振成像系統(tǒng)和所述熒光相機(jī)，使得每個(gè)懸浮顆粒物分別同時(shí)在所述偏振成像系統(tǒng)和所述熒光相機(jī)上形成偏振圖像中的像點(diǎn)和熒光圖像中的像點(diǎn)，空間上為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所述圖像處理端獲取所述偏振圖像和所述熒光圖像，實(shí)現(xiàn)水體截面內(nèi)多個(gè)懸浮顆粒物通量的測(cè)量，其中利用每個(gè)懸浮顆粒物的偏振-熒光同步測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合偏振散射特性和激發(fā)熒光特性確定懸浮顆粒物的種類信息。

進(jìn)一步地：

所述照射光學(xué)系統(tǒng)包括柱透鏡，通過(guò)所述柱透鏡使所述入射偏振光轉(zhuǎn)化為所述片光源照射至所述多個(gè)懸浮顆粒物。

所述第一接收光學(xué)系統(tǒng)和所述第二接收光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)于所述片光源設(shè)置在對(duì)稱的兩個(gè)后向散射角度處。

所述兩個(gè)后向散射角度為正90°和負(fù)90°。

所述第一接收光學(xué)系統(tǒng)包括第一接收透鏡，散射光通過(guò)所述第一接收透鏡后照射到所述偏振成像系統(tǒng)，所述第二接收光學(xué)系統(tǒng)包括第二接收透鏡和入射光波長(zhǎng)的濾波片，通過(guò)所述第二接收透鏡的光信號(hào)由所述濾波片濾去散射光，使懸浮顆粒物所產(chǎn)生的激發(fā)熒光通過(guò)，照射到所述熒光相機(jī)。

經(jīng)過(guò)所述照射光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化得到的片光源形成一光強(qiáng)度均勻的探測(cè)截面，使得只有該探測(cè)截面內(nèi)的懸浮顆粒物才能被探測(cè)到其散射信號(hào)。

所述偏振成像系統(tǒng)包括偏振相機(jī)。

通過(guò)控制所述光源的光功率、波長(zhǎng)、脈沖或連續(xù)照明來(lái)調(diào)整偏振散射信號(hào)和激發(fā)熒光信號(hào)的信噪比。

所述圖像處理端通過(guò)對(duì)不同偏振態(tài)的入射光下的懸浮顆粒物的偏振參數(shù)以及懸浮顆粒物的激發(fā)熒光光強(qiáng)和/或波長(zhǎng)的解讀，實(shí)現(xiàn)不同顆粒的識(shí)別。