一種多通道光學(xué)溶解氧測(cè)量裝置及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種多通道光學(xué)溶解氧測(cè)量裝置及測(cè)量方法，屬于溶解氧測(cè)量技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光學(xué)傳感器的發(fā)展，巧光分析與測(cè)量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水體中溶解氧濃度的 檢測(cè)，基于巧光巧滅機(jī)理的光學(xué)溶解氧測(cè)量方法逐漸替代了傳統(tǒng)的艦量法和氧電極法，對(duì) 水中溶解氧濃度的檢測(cè)在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)及環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域等方面都具有重要的意義。
[000引然而，在許多現(xiàn)有的技術(shù)中，如中國(guó)的一篇發(fā)明（公開(kāi)號(hào)；CN1731154A)、一篇實(shí) 用新型（公開(kāi)號(hào)；CN2014788947U)，二者都采用了基于巧光強(qiáng)度的測(cè)量方法來(lái)測(cè)定水體 中溶解氧濃度，該將會(huì)帶來(lái)由于光源波動(dòng)等因素而產(chǎn)生的誤差，降低了系統(tǒng)靈敏度W及測(cè) 量結(jié)果的準(zhǔn)確性。而基于巧光壽命的測(cè)量的方法雖然在測(cè)量精度上有了提高，但測(cè)量過(guò)程 相對(duì)復(fù)雜，測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)。
[0004] 此外，基于巧光強(qiáng)度的測(cè)量方法多數(shù)是采用單通道的光學(xué)接收結(jié)構(gòu)，是通過(guò)產(chǎn)生 的巧光強(qiáng)度與溶解氧濃度呈相應(yīng)的線性關(guān)系來(lái)直接實(shí)現(xiàn)對(duì)溶解氧測(cè)量，由于光源強(qiáng)度的變 化，無(wú)疑會(huì)增加測(cè)量誤差，造成系統(tǒng)測(cè)量精度不高。而且，激發(fā)產(chǎn)生的巧光是一種散射光，單 通道的光學(xué)接收結(jié)構(gòu)本身也會(huì)降低巧光的接收效率，從而帶來(lái)溶解氧濃度測(cè)量范圍較小的 劣勢(shì)，也不利于溶解氧測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)用化發(fā)展。
[0005] 進(jìn)一步的，對(duì)于溶解氧的測(cè)量也有使用光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)激發(fā)光傳輸和巧光接收若采 用激光作為激勵(lì)光，由于能量較高，該將會(huì)大大縮短巧光敏感膜的壽命，而采用發(fā)光二極 管（LED)，需考慮激勵(lì)光源和巧光如何高效地禪合進(jìn)入光纖，即便使用帶尾纖輸出的LED光 源，無(wú)疑也會(huì)帶來(lái)成本上的增加。同時(shí)，光纖式溶解氧測(cè)量裝置多數(shù)是一種分立探測(cè)的結(jié) 構(gòu)，導(dǎo)致整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的集成度不高。
[0006] 最后，許多現(xiàn)有的技術(shù)中，當(dāng)采用基于巧光強(qiáng)度的方法測(cè)量溶解氧時(shí)，在采集巧光 信號(hào)至數(shù)據(jù)分析、處理及線性擬合過(guò)程中，采用的方法精度不是很高，如最小二乘法，對(duì)于 溶解氧濃度的檢測(cè)不僅需要高精度的數(shù)據(jù)處理電路，而且也需要良好的數(shù)據(jù)處理、線性擬 合方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是；提供一種多通道光學(xué)溶解氧測(cè)量裝置及測(cè)量方 法，提高了巧光的接收效率，克服了現(xiàn)有基于巧光強(qiáng)度檢測(cè)法因光源不穩(wěn)所帶來(lái)的測(cè)量誤 差，使得溶解氧測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確，提高了測(cè)量裝置的長(zhǎng)期可靠性。
[000引本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用W下技術(shù)方案：
[0009] 一種多通道光學(xué)溶解氧測(cè)量裝置，包括密封外殼，W及設(shè)置于密封外殼內(nèi)部的激 發(fā)光源模塊、巧光產(chǎn)生模塊、多通道巧光接收模塊、信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元，還 包括設(shè)置于密封外殼外部的計(jì)算機(jī)處理單元，所述多通道巧光接收模塊包括=個(gè)相同的巧 光接收通道，每個(gè)巧光接收通道內(nèi)沿巧光射來(lái)的方向依次設(shè)置有帶通濾波片、光聚焦透鏡、 光電探測(cè)器，=個(gè)巧光接收通道的巧光接收角度分別為與巧光產(chǎn)生模塊所在平面成45度、 60度、90度，且=個(gè)巧光接收通道位于同一平面，相互隔離；
[0010] 所述激發(fā)光源模塊產(chǎn)生激發(fā)光射向巧光產(chǎn)生模塊，巧光產(chǎn)生模塊接收激發(fā)光并產(chǎn) 生巧光，該巧光分別射向=個(gè)巧光接收通道，并在每個(gè)巧光接收通道內(nèi)依次經(jīng)帶通濾波片、 光聚焦透鏡后由光電探測(cè)器接收，光電探測(cè)器、信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元、計(jì)算 機(jī)處理單元依次連接。
[0011] 優(yōu)選的，所述激發(fā)光源模塊包括光源發(fā)生器、光源調(diào)制電路、光源驅(qū)動(dòng)電路，所述 光源調(diào)制電路、光源驅(qū)動(dòng)電路分別與光源發(fā)生器連接，光源調(diào)制電路、光源驅(qū)動(dòng)電路還分別 與數(shù)據(jù)采集與控制單元連接。
[0012] 優(yōu)選的，所述巧光產(chǎn)生模塊包括水密玻璃片、氧巧光敏感膜、巧光增敏劑，所述水 密玻璃片鑲嵌于密封外殼的底部，其中一個(gè)表面位于密封外殼的內(nèi)部，另一個(gè)表面與外界 接觸，且與外界接觸的表面依次涂覆有氧巧光敏感膜和巧光增敏劑。
[0013] 優(yōu)選的，所述信號(hào)處理單元包括前置放大器、濾波整形電路W及精密有效值轉(zhuǎn)換 電路，所述前置放大器的輸入端與各通道光電探測(cè)器的輸出端連接，輸出端經(jīng)濾波整形電 路連接精密有效值轉(zhuǎn)換電路的輸入端，精密有效值轉(zhuǎn)換電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集與控制單 元連接。
[0014] 優(yōu)選的，所述密封外殼的材質(zhì)為不誘鋼或防水高分子材料。
[0015] 一種測(cè)量方法，利用如上所述多通道光學(xué)溶解氧測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)，利用S個(gè)巧光接 收角度分別為45度、60度、90度的巧光接收通道分別接收產(chǎn)生的巧光，得到=個(gè)巧光信號(hào)， 將=個(gè)巧光信號(hào)分別轉(zhuǎn)化為=個(gè)電信號(hào)，計(jì)算巧光接收角度為45度對(duì)應(yīng)的電信號(hào)與角度 為60度對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的比值、巧光接收角度為60度對(duì)應(yīng)的電信號(hào)與角度為90度對(duì)應(yīng)的電 信號(hào)的比值、巧光接收角度為45度對(duì)應(yīng)的電信號(hào)與角度為90度對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的比值，得到 S個(gè)比值，利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)該S個(gè)比值進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到被測(cè)溶解氧濃度值。
[0016] 本發(fā)明采用W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下技術(shù)效果：
[0017] 1、本發(fā)明多通道光學(xué)溶解氧測(cè)量裝置及測(cè)量方法，構(gòu)建了 =個(gè)巧光接收通道，通 過(guò)測(cè)量?jī)蓛赏ǖ乐g的巧光強(qiáng)度值之比來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溶解氧濃度的精準(zhǔn)測(cè)量，有效地降低光源 強(qiáng)度變化對(duì)溶解氧測(cè)量結(jié)果的影響，降低了測(cè)量誤差。
[0018] 2、本發(fā)明多通道光學(xué)溶解氧測(cè)量裝置及測(cè)量方法，采用了有效的算法，如神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)=個(gè)兩兩通道之間的比值數(shù)據(jù)的融合處理，降低了氧濃度測(cè)量的不確定性。
[0019] 3、本發(fā)明多通道光學(xué)溶解氧測(cè)量裝置及測(cè)量方法，采用多通道數(shù)據(jù)融合技術(shù)，使 得溶解氧測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確，提高了溶解氧測(cè)量裝置的長(zhǎng)期可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明多通道光學(xué)溶解氧測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明多通道光學(xué)溶解氧測(cè)量裝置的工作流程圖。
[0022] 圖3是本發(fā)明S個(gè)輸出特性曲線的測(cè)試結(jié)果圖。
[0023] 圖4是本發(fā)明采用的RBFS層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
[0024] 圖5是本發(fā)明S個(gè)輸出特性曲線數(shù)據(jù)融合后得到的校準(zhǔn)曲線圖。
[0025] 其中；1為光源發(fā)生器；2為光源驅(qū)動(dòng)電路；3為光源調(diào)制電路；4為激發(fā)光；5為水 密玻璃片；6為氧巧光敏感膜；7為巧光增敏劑；8為巧光；9為光隔離板；10為帶通濾光片； 11為光聚焦透鏡；12為光電探測(cè)器；13為信號(hào)處理單元；14為數(shù)據(jù)采集與控制單元；15、計(jì) 算機(jī)處理單元；16、密封外殼。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參 考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0027] 如圖1所示，為本發(fā)明一種多通道光學(xué)溶解氧測(cè)量裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。該測(cè) 量裝置主要包括W下幾個(gè)部分；用于產(chǎn)生激發(fā)光4的激發(fā)光源模塊、用于接收激發(fā)光并產(chǎn) 生巧光8的巧光產(chǎn)生模塊、多通道巧光接收模塊、信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元、計(jì) 算機(jī)處理單元，另外