[發(fā)明專利]一種新型原位溶解氧監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010440207.6
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111537486A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱澤文;廖建波;柯慧賢;藍惠英
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門斯坦道科學(xué)儀器股份有限公司
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 廈門創(chuàng)象知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 35232
• 代理人: 尤懷成

1.一種新型原位溶解氧監(jiān)測裝置，其特征在于：由綠色LED光源，分束元件，樣品池，光束偏轉(zhuǎn)元件，濾光片，光電池實現(xiàn)光學(xué)連接，其中綠色LED光源的發(fā)射光路上設(shè)有分束元件，所述分束元件使得綠色LED光源分束呈夾角90度、光強及相位一樣的透射光路和反射光路；分束元件的反射光路上設(shè)有光電池；分束元件的透射光路上設(shè)有樣品池，樣品池表面附著有氧化敏感膜，所述樣品池表面的氧化敏感膜與透射光路呈45度角；透射光路投射在氧化敏感膜處的90度反射方向的光路上進一步設(shè)有可將入射光經(jīng)反射改變90度方向的光束偏轉(zhuǎn)元件；所述光束偏轉(zhuǎn)元件反射后出射的光路上垂直設(shè)有濾光片，所述濾光片的透射光路正指向光電池。

2.如權(quán)利要求1所述的一種新型原位溶解氧監(jiān)測裝置，其特征在于：所述氧化敏感膜，為綠光激發(fā)可產(chǎn)生紅色熒光信號，且氧氣可使得氧化傳感膜上被激發(fā)的熒光信號猝滅。

3.如權(quán)利要求1所述的一種新型原位溶解氧監(jiān)測裝置，其特征在于：所述分束元件為50/50平板分束鏡或50/50分束立方體。

4.如權(quán)利要求3所述的一種新型原位溶解氧監(jiān)測裝置，其特征在于：所述50/50分束立方體，為兩個全等的直角三棱柱膠合而成的正方體，所述正方體邊長為5mm。

5.如權(quán)利要求1所述的一種新型原位溶解氧監(jiān)測裝置，其特征在于：所述光束偏轉(zhuǎn)元件為平面反射鏡、直角三角棱鏡或五角棱鏡。

6.如權(quán)利要求5所述的一種新型原位溶解氧監(jiān)測裝置，其特征在于：所述五角棱鏡，其中底面為有一個角的度數(shù)為90度，另外四個角的度數(shù)均為112.5度；90度角所對的邊邊長為5.2mm，其余四條邊邊長為8mm。

7.如權(quán)利要求1所述的一種新型原位溶解氧監(jiān)測裝置，其特征在于：所述濾光片的中心波長λ＝650±10nm，截止帶透過率優(yōu)于0.0001。

8.如權(quán)利要求1至7任一項所述的一種新型原位溶解氧監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，其特征在于：綠色LED光源發(fā)射出綠光，所述綠光中心波長λ₁為530nm，綠光順著發(fā)射光路傳播至分束元件后被分束呈夾角90度、光強和相位完全相同的兩束光源，兩束光源分別為反射光路上的反射光源和透射光路上的透射光源，所述反射光源作為參照光源，入射至光電池；所述透射光源作為激發(fā)光源，入射至樣品池，激發(fā)光源照射使得樣品池表面附著的氧化敏感膜產(chǎn)生紅色熒光信號，所述紅色熒光信號中心波長λ₂為650nm，紅色熒光信號沿著與激發(fā)光源的垂直的方向向外發(fā)射至光學(xué)偏轉(zhuǎn)元件，經(jīng)光學(xué)偏轉(zhuǎn)元件反射使紅色熒光信號的傳播方向變化90度，進一步垂直穿過濾光片，透射過濾光片后傳播至光電池，參照光源與紅色熒光信號先后順序傳播至光電池，光電池將兩者的光信號先后轉(zhuǎn)換成電信號送到上位機進行信號處理、監(jiān)測，利用熒光淬滅原理及相敏檢測原理，得出水樣品池內(nèi)樣品的溶解氧濃度的數(shù)值。

9.如權(quán)利要求8所述的一種新型原位溶解氧監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，其特征在于：所述分束元件出來的反射光源到光電池的光路稱之為參照光路，其距離為L₂；所述分束元件出來的透射光源到樣品池的光路稱之為監(jiān)測光路，其距離為L₃；所述L₂與L₃距離相同。

10.如權(quán)利要求9所述的一種新型原位溶解氧監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，其特征在于：按以下步驟進行計算：

S1.綠色LED光源發(fā)射綠光順著發(fā)射光路傳播至分束元件，所需時間

S2.進一步的，分束元件反射出的反射光源順著反射光路傳播至光電池，所需時間

S3.進一步的，分束元件透射出的透射光源沿著透射光路傳播至樣品池，所需時間

S4.進一步的，樣品池所產(chǎn)生的紅色熒光信號傳播至光路偏轉(zhuǎn)元件，所需時間

S5.進一步的，光路偏轉(zhuǎn)元件反射紅色熒光信號傳播至濾光片，所需時間

S6.進一步的，紅色熒光信號透射過濾光片后傳播至光電池，所需時間

S7.進一步的，在無氧條件下最大的熒光壽命為τ納秒；

S8.進一步的，在步驟S1、S2中，綠色LED光源經(jīng)過參照光路至光電池所產(chǎn)生的相位移動為φ_參照＝2πf₅₃₀(t₁+t₂)；

S9.進一步的，在步驟S1、S3～S7中，綠色LED光源經(jīng)過監(jiān)測光路至光電池所產(chǎn)生的相位移動最小值為φ_{監(jiān)測}＝2πf₅₃₀(t₁+t₃)+2πf₆₅₀(t₄+t₅+t₆)-2πf_{調(diào)制}τ；

S10.進一步的，在步驟S1、S3～S6中，綠色LED光源至光電池所產(chǎn)生的相位移動最大值為φ_{監(jiān)測}＝2πf₅₃₀(t₁+t₃)+2πf₆₅₀(t₄+t₅+t₆)；

S11.根據(jù)步驟S8～S10，可求得所述監(jiān)測光路與參照光路的相位差為Δφ＝φ_{監(jiān)測}-φ_參照；因此Δφ的范圍為：2πf₆₅₀(t₄+t₅+t₆)到2πf₆₅₀(t₄+t₅+t₆)-2πf_{調(diào)制}τ；

S12.進一步的，利用相位差Δφ，根據(jù)熒光淬滅原理及相敏檢測原理，可以求得樣品中溶解氧濃度的數(shù)值；

上述公式中，c代表光速；π為圓周率；f₆₅₀代表中心波長為650nm的光頻率；f₅₃₀代表中心波長為530nm的光頻率；f_{調(diào)制}代表調(diào)制信號的頻率；λ₆₅₀代表光波長為650nm；L₁為綠色LED光源到分束元件之間的距離；L₄為樣品池到光束偏轉(zhuǎn)元件之間的距離；L₅為光束偏轉(zhuǎn)元件到濾光片之間的距離；L₆為濾光片到光電池之間的距離。