[發(fā)明專利]一種熒光法溶解氧測(cè)量電路及溶解氧測(cè)量裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110494123.5
• 申請(qǐng)日: 2021-05-07
• 公開（公告）號(hào): CN113092435A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊壘;張朝;周在偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東仁科測(cè)控技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/64
• 分類號(hào): G01N21/64;G05B19/042
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及溶解氧測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有技術(shù)中熒光法測(cè)量溶解氧電路計(jì)算量大、對(duì)單片機(jī)要求高、功耗大的問(wèn)題。一種熒光法溶解氧測(cè)量電路，包括采集模塊，采集模塊包括依次連接的感光元件、IV轉(zhuǎn)換電路、一級(jí)放大電路、二級(jí)放大電路、異或門、RC整流電路、單片機(jī)，RC整流電路包括依次連接的第一RC整流電路、第二RC整流電路和第一阻抗匹配電路。感光元件為硅光電池或光電二極管。反射紅光與熒光基體發(fā)射的紅光經(jīng)異或門處理后成為方波，方波再經(jīng)RC整流電路處理成為直流電壓信號(hào)，電壓的大小與方波的占空比成正比。單片機(jī)只需處理直流電壓信號(hào)并根據(jù)電壓的大小計(jì)算溶解氧的濃度即可，單片機(jī)的計(jì)算量小，電路對(duì)單片機(jī)的要求低，單片機(jī)能耗降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及溶解氧測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熒光法溶解氧測(cè)量電路及溶解氧測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

溶解氧（Dissolved Oxygen）是指溶解于水中的氧的含量，它以每升水中氧氣的毫克數(shù)表示。沒(méi)有受到污染的水中溶解氧呈飽和狀態(tài)。清潔地表水溶解氧接近飽和。如果水中有機(jī)物含量較多，其耗氧速度超過(guò)氧的補(bǔ)給速度則水中溶解氧量將不斷減少，當(dāng)水體受到有機(jī)物的污染時(shí)水中溶解氧量甚至可接近于零，這時(shí)有機(jī)物在缺氧條件下分解就出現(xiàn)腐敗發(fā)酵現(xiàn)象，使水質(zhì)嚴(yán)重惡化。所以把溶解氧作為水質(zhì)污染程度的一項(xiàng)指標(biāo)。溶解氧越少表明污染程度越嚴(yán)重。

當(dāng)前污水處理中的生物處理大多是采用厭氧與好氧相結(jié)合的處理工藝，溶解氧在實(shí)際的廢水生物處理操作中具有舉足輕重的作用，這一指標(biāo)的不合適或波動(dòng)過(guò)大，會(huì)迅速導(dǎo)致活性污泥系統(tǒng)受到?jīng)_擊，進(jìn)而影響處理效率。因此在實(shí)際生化處理工藝中，需嚴(yán)格控制溶解氧的含量。

此外，在水產(chǎn)養(yǎng)殖，魚類運(yùn)輸和水族館應(yīng)用中，要監(jiān)測(cè)溶解氧，以確保水生生物在其棲息地中具有足夠的氧氣來(lái)生存，生長(zhǎng)和繁殖。一些食品行業(yè)也需要對(duì)溶解氧進(jìn)行測(cè)量，葡萄酒的含氧量對(duì)葡萄酒的質(zhì)量、穩(wěn)定性和壽命有很大的影響。在釀酒和裝瓶過(guò)程的不同階段監(jiān)測(cè)和控制氧氣的結(jié)合正成為釀酒廠日益關(guān)注的問(wèn)題。不佳的溶解氧會(huì)導(dǎo)致白葡萄酒變色，白葡萄酒和紅葡萄酒的風(fēng)味退化。

通常的溶解氧的測(cè)量方法包括碘量法、電極極譜法、熒光法等。碘量法測(cè)定步驟繁雜，不適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，檢測(cè)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。在水藻繁生的水體中，由于光合作用使放氧量增加，可能使水中的氧達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，此時(shí)用碘量法測(cè)定水中溶解氧比較困難，測(cè)定結(jié)果不夠準(zhǔn)確。電極極譜法測(cè)定水中溶解氧步驟簡(jiǎn)單快捷，儀器價(jià)格相對(duì)較為低廉，屬國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法。但是隨著氧氣的消耗會(huì)在膜和電極上產(chǎn)生污垢，形成氧氣梯度會(huì)降低反應(yīng)速度。如果半透膜損壞，電解液容易被污染，會(huì)造成電池電勢(shì)漂移，而漂移會(huì)被錯(cuò)誤地顯示為水樣中溶解氧的濃度，因此需定期更換電解液及半透膜。熒光法測(cè)定水中溶解氧步驟簡(jiǎn)單快捷。相對(duì)前兩種方法，熒光法測(cè)定水中溶解氧無(wú)需標(biāo)定，響應(yīng)時(shí)間快，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定，對(duì)流量沒(méi)有要求，無(wú)干擾，減少清洗頻率，維護(hù)量低。某些光敏物質(zhì)的原子受激發(fā)后，會(huì)以發(fā)射熒光的形式返回基態(tài)，而氧的存在會(huì)干擾這一行為的進(jìn)行，即氧分子含量越多，熒光壽命越短，對(duì)應(yīng)強(qiáng)度越低，可以根據(jù)試樣溶液產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度或熒光壽命來(lái)測(cè)定試樣溶液中氧的含量。熒光法是通過(guò)藍(lán)光光源照射基體使其激發(fā)，發(fā)出紅光，由于氧分子可以使基體發(fā)生猝息效應(yīng)，所以激發(fā)紅光的光強(qiáng)和時(shí)間受氧分子濃度的影響。采用與藍(lán)光同步的紅光光源作為參比，采用定點(diǎn)快速取樣并使用快速傅里葉變換得到正弦波的方法測(cè)量激發(fā)紅光與參比光之間的相位差，并與內(nèi)部標(biāo)定值比對(duì)，從而計(jì)算出氧分子的濃度，經(jīng)過(guò)線性化和溫度補(bǔ)償，輸出最終值。這種方法計(jì)算量大，對(duì)單片機(jī)的要求高，功耗也大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種熒光法溶解氧測(cè)量電路及溶解氧測(cè)量裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中熒光法測(cè)量溶解氧電路計(jì)算量大、對(duì)單片機(jī)要求高、功耗大的問(wèn)題。