[發明專利]一種拖曳式高光譜吸光度傳感器系統及其校正方法

在審

• 申請號: 202210208720.1
• 申請日: 2022-03-04
• 公開（公告）號: CN114460022A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 薛慶生;李子健;郝錫杰;王福鵬
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/01
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

1.一種拖曳式高光譜吸光度傳感器系統，其特征在于，該系統包括光源模塊、吸收池、光譜接收模塊、單片機和電腦；

所述吸收池的一端設置有光源模塊，所述吸收池的另一端設置有光譜接收模塊，光源模塊和光譜接收模塊均與單片機相連接，單片機與電腦相連接；

所述光源模塊用于發射多通道信號，在每個光路通道中，依次設置有LED光源、第一準直透鏡、光纖耦合器和輸入光纖，LED光源的發射光經過第一準直透鏡準直后，再經過光纖耦合器將光耦合到輸入光纖中；

所有光路通道中的輸入光纖均與光纖集束器的同一端相連接，光纖集束器的另一端與另一根輸出光纖相連接；通過光纖集束器將輸入光纖的光束匯聚到一起，再由輸出光纖輸出，然后經過第二準直透鏡的準直，入射到吸收池中；

所述光譜接收模塊用于接收多通道信號，光譜接收模塊包括沿光路依次設置的第三準直透鏡、聚焦透鏡、衍射光柵、反射鏡、凹面全息光柵和線陣探測器；

吸收池的透射光經過第三準直透鏡的準直和聚焦透鏡的聚焦，先通過衍射光柵色散分成不同波長的光線，通過反射鏡把不同波長的光線反射到凹面全息光柵上，通過凹面全息光柵的分光作用，將各個波段的光線分開入射到線陣探測器上，然后再把線陣探測器上的光譜數據傳輸到單片機進行處理中，單片機將處理好的光譜數據傳輸到電腦中進行顯示。

2.根據權利要求1所述的一種拖曳式高光譜吸光度傳感器系統，其特征在于，光源模塊還設置有總支撐體、光源支撐體和光路通道支撐體；光源支撐體用于固定LED光源；光路通道支撐體用于為每個光源提供獨立的光路通道；

光源支撐體設置在總支撐體上，光路通道支撐體固定在總支撐體上，且光路通道支撐體與光源支撐體配合安裝；

所述光路通道支撐體為圓柱形，并且以圓柱的圓心為中心呈環形陣列開設若干個圓柱形光路通道；每個圓柱形光路通道中依次設置有第一準直透鏡和光纖耦合器；

LED光源呈圓周均勻分布在光源支撐體上，且LED光源在光源支撐體的位置與光路通道支撐體上光路通道的位置一一對應。

3.根據權利要求1所述的一種拖曳式高光譜吸光度傳感器系統，其特征在于，光源模塊包括八個光路通道；光路通過裝置開設八個圓柱形光路通道。

4.根據權利要求2所述的一種拖曳式高光譜吸光度傳感器系統，其特征在于，光源支撐體的材質為氮化鋁陶瓷。

5.根據權利要求1所述的一種拖曳式高光譜吸光度傳感器系統，其特征在于，LED光源的波長范圍為340-980nm。

6.根據權利要求2所述的一種拖曳式高光譜吸光度傳感器系統，其特征在于，光源模塊還設置有溫度傳感器，用于檢測LED光源的溫度，溫度傳感器固定在光源支撐體的中心，溫度傳感器的與單片機相連接，將LED光源的溫度傳回單片機。

7.根據權利要求1所述的一種拖曳式高光譜吸光度傳感器系統，其特征在于，單片機與電腦之間采用RS232通信方式。

8.根據權利要求1所述的一種拖曳式高光譜吸光度傳感器系統，其特征在于，在測量時，光源模塊、吸收池、光譜接收模塊均放置在水下，單片機和電源放置在船上，并且光源模塊、吸收池和光譜接收模塊均通過線纜依靠海洋拖曳系統與船上的單片機和電源相連接。

9.根據權利要求1-8任一項所述的拖曳式高光譜吸光度傳感器系統的吸光度校正方法，其特征在于，具體步驟包括：

(1)將高光譜吸光度傳感器放置在純水中，將光源打開，線陣探測器測得強度信號為I，將光源關閉，線陣探測器測得強度信號為I_D，I_D表示由環境光引起的光強；則最終的光強測量值I_入如式(Ⅰ)所示：

I_入＝I-I_D (Ⅰ)；

(2)將高光譜吸光度傳感器放置在濃度為c的待測液體中，將光源打開，線陣探測器測得強度信號為I*，將光源關閉，線陣探測器測得強度信號為表示由環境光引起的光強；則最終的光強測量值I_出如式(Ⅱ)所示：

則待測液體的吸光度值

(3)測量不同稀釋比例待測液體的吸光度值，然后進行線性擬合，得到吸光度A與待測液體的濃度C之間的校正關系式，如式(III)所示：

A＝KC+B (III)，

式(III)中，K為通過線性擬合得到的校正系數，B為線性擬合得到的常數；

(4)將待測液體的濃度c代入式(III)，計算得到矯正后的吸光度A*＝Kc+B。