一種高精度光學(xué)溶解氧測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及一種高精度光學(xué)溶解氧測量裝置，特別是設(shè)及一種可用于化工、 環(huán)境、水產(chǎn)養(yǎng)殖檢測的高精度、實時光學(xué)溶解氧測量裝置，屬于溶解氧測量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 空氣中的分子態(tài)氧溶解在水中稱為溶解氧，水中溶解氧的多少是衡量水體自凈能 力的一個重要指標。對水中溶解氧濃度的檢測在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)及環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域等方面都具 有重要的意義。傳統(tǒng)的氧濃度測量法主要有艦量法和Clark氧電極法。艦量法是一種國標 法，但由于其測量過程繁瑣，很難做到實時在線檢測。而氧電極法雖然能夠在線檢測溶解氧 濃度，但由于它是通過電極本身在氧的作用下所發(fā)生的氧化還原反應(yīng)來測定氧的濃度，在 測量過程中需要消耗氧，因而其測量精度、響應(yīng)時間及后期維護都將有很大的限制。
[0003] 隨著巧光檢測技術(shù)及光學(xué)傳感器的發(fā)展，一種基于巧光巧滅原理的光學(xué)測量法逐 漸代替了傳統(tǒng)的艦量法和氧電極法。然而，在許多現(xiàn)有的專利技術(shù)中，如中國的一篇發(fā)明 (授權(quán)號；CN1731154A)、一篇實用新型（授權(quán)號；CN201974383U)二者都描述了一種實 時在線的光學(xué)氧傳感器，但其都是通過測量巧光強度的方法來測定水體中溶解氧濃度，該 將會帶來由于光源波動等因素而產(chǎn)生的誤差，降低了系統(tǒng)靈敏度W及測量結(jié)果的準確性， 解決誤差問題通常是增加復(fù)雜的電路和光學(xué)結(jié)構(gòu)，該就將會對測量裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制作 成本提出一新的挑戰(zhàn)。
[0004] 眾所周知，溶解氧與溫度、K1值、氧分壓及含鹽量等有密切的關(guān)系，如溫度較高時， 氧濃度下降，海水和淡水中的含鹽量的不同也會大大影響溶解氧濃度。而許多現(xiàn)有的專利 技術(shù)只是單一地檢測水體中氧濃度，而該些影響因子在某些情況下是不能忽略的，特別是 溫度對溶解氧濃度的影響，溫度檢測不準確將會極大降低系統(tǒng)的測量精度。
[0005] 此外，基于巧光巧滅原理的氧濃度測量系統(tǒng)在進行巧光激發(fā)的過程中，多數(shù)采用 的是L邸光源，而L邸光源有一定的發(fā)散角，發(fā)光過程是在空氣為介質(zhì)的條件下實現(xiàn)的， 導(dǎo)致部分激勵光分散在空氣中，造成光損耗，大大降低了激發(fā)光效率，不利于巧光的分析檢 巧。。此外，許多現(xiàn)有的專利技術(shù)使用單一的巧光敏感材料，而氧分子作為一種巧滅劑，該就 會使得在氧濃度較高的水體中，產(chǎn)生的巧光非常微弱，不利于光電探測器的接收，也不利于 溶解氧測量系統(tǒng)的實用化發(fā)展。
[0006] 進一步的，現(xiàn)有的氧濃度測量系統(tǒng)很少實現(xiàn)對液體表面氣泡的消除，同時，裝置價 格低廉、結(jié)構(gòu)小型化一直是急需解決的問題，許多測量系統(tǒng)采用分立探測的結(jié)構(gòu)，容易受到 環(huán)境變化、背景光等因素的干擾，降低了測量系統(tǒng)的集成度。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：提供一種高精度光學(xué)溶解氧測量裝置，采用 基于巧光壽命的檢測方法，解決通過測定巧光強度來得到檢測結(jié)果和溶解氧測量過程中單 一參數(shù)的測量所帶來的誤差問題，實現(xiàn)巧光激發(fā)過程中光激發(fā)效率和巧光接收效率的提 高，有效地降低液體中氣泡所帶來的影響w及分立探測結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的系統(tǒng)集成度較低，結(jié)構(gòu) 不緊湊的劣勢，從而能實現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境條件下水體中溶解氧濃度的實時在線快速檢測。
[0008] 本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用W下技術(shù)方案：
[0009] -種高精度光學(xué)溶解氧測量裝置，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、第一 ~第四光禪合器、第一~第二光傳導(dǎo)裝置、巧光產(chǎn)生模塊、巧光處理模塊； 所述密封外殼的下表面為斜面，第一光禪合器、第一光傳導(dǎo)裝置、第二光禪合器封裝為一 體，且垂直于密封外殼的下表面，第一光禪合器、第二光禪合器分別設(shè)置于第一光傳導(dǎo)裝置 的兩端；巧光產(chǎn)生模塊鑲嵌于密封外殼的斜面上，第四光禪合器、第二光傳導(dǎo)裝置、第=光 禪合器封裝為一體，且設(shè)置于巧光產(chǎn)生模塊與巧光處理模塊之間，第四光禪合器、第=光禪 合器分別設(shè)置于第二光傳導(dǎo)裝置的兩端；
[0010] 激發(fā)光源模塊產(chǎn)生的激發(fā)光依次經(jīng)第一光禪合器、第一光傳導(dǎo)裝置、第二光禪合 器到達巧光產(chǎn)生模塊，巧光產(chǎn)生模塊接收激發(fā)光并產(chǎn)生巧光，該巧光依次經(jīng)第四光禪合器、 第二光傳導(dǎo)裝置、第=光禪合器到達巧光處理模塊，巧光處理模塊接收并處理該巧光。
[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)動電路，所述 光源調(diào)制電路、光源驅(qū)動電路分別與光源連接。
[0012] 優(yōu)選的，所述巧光產(chǎn)生模塊包括水密玻璃窗、巧光敏感膜、巧光增敏劑，所述水密 玻璃窗鑲嵌于密封外殼的斜面上，其中一個表面位于密封外殼的內(nèi)部，另一個表面與外界 接觸，且水密玻璃窗與外界接觸的表面依次涂覆有巧光敏感膜和巧光增敏劑。
[0013] 優(yōu)選的，所述巧光處理模塊包括濾光片、匯聚透鏡、光電探測器、信號處理單元、四 個光隔離板，四個光隔離板圍成一個上下通透的長方體，濾光片、匯聚透鏡依次設(shè)置于長方 體內(nèi)部，巧光依次經(jīng)濾光片、匯聚透鏡后到達光電探測器，光電探測器設(shè)置于匯聚透鏡的焦 點處，光電探測器與信號處理單元連接，信號處理單元還分別與光源調(diào)制電路、光源驅(qū)動電 路連接。
[0014] 進一步的，該測量裝置還包括設(shè)置于密封外殼內(nèi)部的多個溫度傳感器，所述溫度 傳感器均與信號處理單元連接。
[0015] 進一步的，該測量裝置還包括固定于密封外殼外壁的PH值傳感器、氣壓傳感器W 及鹽度傳感器，所述K1值傳感器、氣壓傳感器、鹽度傳感器分別與信號處理單元連接。
[0016] 進一步的，該測量裝置還包括設(shè)置于密封外殼內(nèi)部的無線發(fā)射單元、存儲單元，W 及設(shè)置于密封外殼外部的發(fā)射天線，存儲單元與信號處理單元連接，無線發(fā)射單元與存儲 單元連接，發(fā)射天線與無線發(fā)射單元連接。
[0017] 進一步的，該測量裝置還包括設(shè)置于密封外殼內(nèi)部的蓄電池，所述蓄電池與信號 處理單元連接。
[0018] 本實用新型采用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：
[0019] 1、本實用新型溶解氧測量裝置，利用光禪合器和光傳導(dǎo)裝置來提高激勵光源的發(fā) 光效率，減小激勵光的損耗，通過在巧光敏感膜表面涂覆一層巧光增敏劑再結(jié)合一路光傳 導(dǎo)裝置來解決在特定情形下由于巧光信號微弱使得光探測器無法探測到巧光的問題。
[0020] 2、本實用新型溶解氧測量裝置，下表面為一斜面式的結(jié)構(gòu)，相比現(xiàn)有技術(shù)中的平 行結(jié)構(gòu)式設(shè)計，一方面能良好地避免較多氣泡積累在巧光敏感膜的四周所帶來的測量干 擾，另一方面，斜面式結(jié)構(gòu)也有利于測量裝置的小型化，也減少了相應(yīng)的成本，具有很強的 實用性。
[0021] 3、本實用新型溶解氧測量裝置，采用了多通道溫度測量方法實現(xiàn)對溫度的測量， 與傳統(tǒng)的溫度檢測措施相比，具有成本低、耐用、精確度和檢測效率較高的優(yōu)勢。
[0022] 4、本實用新型溶解氧測量裝置，設(shè)計了多傳感器組合的模塊，能檢測氧分壓、液體 中PH值、含鹽量，將氧濃度影響因子考慮在內(nèi)，大大提高了裝置測量精度。
[0023] 5、本實用新型溶解氧測量裝置，設(shè)計了GPRS無線發(fā)射單元，降低了水文站工作人 員的作業(yè)強度，提高了檢測工作效率。
[0024] 6、本實用新型溶解氧測量裝置，通過測量巧光壽命的方法來檢測溶解氧濃度，應(yīng) 用該法檢測氧濃度的最大優(yōu)勢在于降低了光源光強變化等其他因素所帶來的測量結(jié)果不 準的缺陷。
【附圖說明】
[00巧]圖1是本實用新型高精度光學(xué)溶解氧測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 其中；1為密封外殼，2為光源發(fā)生器，3為光源驅(qū)動電路，4為光源調(diào)制電路，5A為 第一光禪合器，5B為第二光禪合器，5C為第S光禪合器，抓為第四光禪合器，6A為第一光傳 導(dǎo)裝置，6B為第二光傳導(dǎo)裝置，7為水密玻璃窗，8為巧光敏感膜，9為巧光增敏劑，10為光 隔離板，11為濾光片，12為匯聚透鏡，13為光電探測器，14為信號處理單元，15為溫度傳感 器，16為K1值傳感器，17為氣壓傳感器，18為鹽度傳感器，19為機械開關(guān)，20為緊固部件， 21為無線發(fā)射單元，22為存儲單元，23為發(fā)射天線，24為蓄電池，25為機械把手。
【具體實施方式】
[0027] 下面詳細描述本實用新型的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中 自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通 過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用 新型的限制。
[0028] 如圖1所示，為本實用新型高精度光學(xué)溶解氧測量裝置的一個優(yōu)選實施例。該測 量裝置包括W下部分：密封外殼、激發(fā)光源模塊、巧光產(chǎn)生模塊、巧光接收模塊、巧光處理模 塊、溫度測量模塊、多傳感器組合模塊、無線發(fā)射模塊。
[0029] 本實施例中的密封外殼1的材質(zhì)優(yōu)選為不誘鋼或防水的高分子材料，如PVC、ABS 材料，且該外殼組成一截面為梯形、下表面與外殼左側(cè)內(nèi)壁成角的立體裝置結(jié)構(gòu)，角度范圍 為30。-60° ;優(yōu)選的，為45。。
[0030] 本實施例中的激發(fā)光源模塊，包括光源發(fā)生器2、光源驅(qū)動電路3、光源調(diào)制電路 4、第一光禪合器5A、第二光禪合器5B、第一光傳導(dǎo)裝置6A。本實施例中的光源發(fā)生器為高 亮度藍色發(fā)光LED,波長范圍為460-470皿，優(yōu)選的，通過光源調(diào)制電路使得輸出光的波長 為463nm，光源驅(qū)動電路可為光源提供穩(wěn)定的功率輸出。光源驅(qū)動電路、光源調(diào)制電路還與 信號處理單元進行電連接。第一光禪合器5A、第二光禪合器5B、第一光傳導(dǎo)裝置6A通過膠 合保護套封裝為一體，且與密封外殼1下表面的垂直距離為3-7畑1，優(yōu)選為5畑1。優(yōu)選的，本 實施例中的第一~第四光禪合器5A、5B、5C、5D均為禪合光學(xué)透鏡，第一~第二光傳導(dǎo)裝置 6A、6B均為復(fù)合光導(dǎo)管。
[0031] 本實施例中的巧光產(chǎn)生模塊，主要包括涂覆于水密玻璃窗7其中一表面的巧光敏 感膜8,W及均勻涂覆于巧光敏感膜表面的巧光增敏劑