[發明專利]一種海水微塑料在線監測系統

在審

• 申請號: 202110467032.2
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113176248A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 馮巍巍;蔡宗岐;王清;楊思節;吳雪
• 申請（專利權）人: 中國科學院煙臺海岸帶研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/01
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 俞魯江

本發明公開一種海水微塑料在線監測系統，上位機通過光源控制板控制激光器發射激光，激光經由拉曼探頭出射的激發光經分束鏡發射后作用于待測樣品激發拉曼光信號，激發的拉曼光信號由分束鏡反射后由拉曼探頭采集，采集的拉曼光信號經接受光纖到達光譜儀進行光電信號轉換，上位機對光譜儀處理的拉曼光信號進行數據處理后顯示在上位機；在圖像采集時成像單元中高分辨數碼相機采集經物鏡和分束鏡后的海水微塑料圖像信息，采集的圖像信息傳輸至上位機后顯示。本發明可以實現對海水微塑料的直接測量，檢測速度快，避免了繁瑣的步驟，同時不需要化學試劑，避免對海水水質的二次污染。同時增加成像單元，可實現對海水為塑料的形貌進行表征。

技術領域

本專利涉及海水水質環境在線監測領域，尤其涉及環境光學監測技術領域，具體為一種微塑料在線監測系統。

技術背景

近年來，隨著經濟的迅速發展，海洋環境中微塑料污染日益嚴重。微塑料甚至可能對鳥類、魚類及其他海洋生物造成物理和化學層面致命的傷害，從而破壞海洋生態環境。傳統微塑料檢測方法往往步驟繁瑣，成本高，難以滿足現代環境監測的要求；現有的海水微塑料在線監測缺乏實時、快速、精準的在線監測系統，這種局面嚴重制約了對海水微塑料的監測與控制。

發明內容

為了克服現有技術中存在的上述方面的缺點，實現海水微塑料的實時在線監測，本發明提供一種基于拉曼光譜測量技術，測量過程無需化學試劑，測量速度快，且不易受到外界干擾，性能優越，使用方便的在線監測系統，系統增加成像功能，可實現對海水微塑料的形貌進行表征，實現了現場實時、快速、精準監測海水微塑料的目的。

本發明具體技術方案如下：

一種海水微塑料在線監測系統，其特征在于：上位機通過工控板與主動光源、蠕動泵連接；上位機通過光源控制板與激光器連接；上位機還與光譜儀連接；

主動光源設置在流通池的一側，蠕動泵設置在流通池的進口端；流通池的另外一側設置物鏡及分束鏡，所述物鏡與流通池平行，分束鏡與物鏡成45度傾斜設置；物鏡上方設置拉曼探頭，拉曼探頭經入射光纖與激光器連接；拉曼探頭還經接受光纖與光譜儀連接；

分束鏡外側與物鏡對應處設置高分辨相機，所述高分辨相機與上位機連接。

當待測樣品流經流通池時，上位機通過光源控制板控制激光器發射激光，激光經入射光纖到達拉曼探頭，由拉曼探頭出射的激發光經分束鏡反射后作用于待測樣品激發拉曼光信號，激發的拉曼光信號由分束鏡反射后由拉曼探頭采集，采集的拉曼光信號經接受光纖到達光譜儀。光信號進入光譜儀以后首先經過狹縫控制進入光譜儀的光通量，然后經過準直鏡將入射光準直成平行光到達光柵，最后經聚焦鏡將光柵的衍射光聚焦在探測器。上位機對光譜儀處理的拉曼光信號進行數據處理后顯示在上位機；

實際測樣中拉曼光譜受噪聲影響較大，有許多毛刺，需對拉曼光譜數據進行DB7小波處理和標準差歸一化處理。對預處理后的拉曼光譜建立數據集，構成標準品的一個特征數據。通過建立的數據集訓練算法模型，從而建立識別算法，識別算法選用隨機森林識別模型。用建立的識別模型與實際測試的拉曼光譜數據進行比對，來識別未知水質中的微塑料種類。

在圖像采集時上位機通過工控板控制主動光源開啟，主動光源發出的光照射在待測水樣上，微塑料的圖像信息經物鏡進行放大，放大后的圖像信息透過分束鏡后到達高分辨相機，高分辨相機采集經物鏡和分束鏡后的海水微塑料圖像信息，采集的圖像信息傳輸至上位機后顯示。

因為海水水質在測量過程中成分復雜，在激光照射下容易激發熒光信號，為了避免熒光信號對拉曼光信號的影響，所述激光器激發光源采用785nm激光器，此波段激光器激發光信號可有效避免熒光信號對拉曼光信號的干擾。

所述流通池進口端設置過濾網。

圖像采集與拉曼采集光路同軸，測量為準同步運行，兩者之間延時400ms。測量間隔時間相對水樣流速可忽略。默認測量為同一測量位置。測量軟件集成在一起，每次測量完成后測量結果同時顯示在上位機。