9,水密玻璃窗其中的一表面可與外 界接觸。優(yōu)選的，本實(shí)施中的水密玻璃窗是采用石英材質(zhì)組成，莫氏硬度為9.0、抗壓強(qiáng)度 20Mpa，透光率達(dá)到95%。優(yōu)選的，本實(shí)施中的巧光敏感膜是W釘絡(luò)合物為巧光敏感材料，通 過溶膠-凝膠技術(shù)制備，釘絡(luò)合物可從現(xiàn)有發(fā)現(xiàn)的各種巧光敏感材料中選擇，本實(shí)施例中 優(yōu)選為，巧光增敏劑也可從現(xiàn)有發(fā)現(xiàn)的各種巧光增敏劑中選擇，本實(shí)施例中優(yōu)選為-環(huán)糊 精或其衍生物。
[0032] 本實(shí)施例中的巧光接收模塊，主要包括第=光禪合器5C、第四光禪合器抓、 第二光傳導(dǎo)裝置6B、4塊光隔離板10、濾光片11、匯聚透鏡12、光電探測器13。本 實(shí)施例中的4塊光隔離板均為大小相同，顏色為黑色的光隔離板且通過緊固部 件固定在裝置內(nèi)部上側(cè)1/4高度處。本實(shí)施例中的濾光片11為一中屯、波長615 + 5nm的帶通濾光片，帶寬30nm。所述光電探測器可從現(xiàn)有的探測器中選擇，本實(shí)施例中優(yōu) 選為PIN型光電二極管，波長探測范圍為300-1100皿。
[0033] 本實(shí)施例中的信號處理單元14為信號采集與控制電路板，其不僅與光源調(diào)制電 路4、光源驅(qū)動電路3電連接，還與光電探測器13、無線發(fā)射單元21W及小型溫度傳感器 15、小型K1值傳感器16、小型氣壓傳感器17、小型鹽度傳感器18進(jìn)行電連接。信號采集與 控制電路板中有一主控制器，為MSP430單片機(jī)，具有資源豐富，功耗低的優(yōu)勢。
[0034] 本實(shí)施例中的溫度測量模塊，主要包括四個小型溫度傳感器15,組成多通道溫度 測量電路系統(tǒng)來對水溫進(jìn)行實(shí)時地、精準(zhǔn)地監(jiān)測。優(yōu)選的，本實(shí)施例中小型溫度傳感器15 為DS18B20溫度傳感器，其具有價(jià)格低廉、耐用、精確度較高等優(yōu)點(diǎn)。
[00巧]本實(shí)施例中的多傳感器組合模塊，主要包括小型PH值傳感器16、小型氣壓傳感器 17、小型鹽度傳感器18、機(jī)械開關(guān)19。K1值傳感器、氣壓傳感器、鹽度傳感器可有效、實(shí)時地 對其相應(yīng)的理化參數(shù)進(jìn)行檢測。機(jī)械開關(guān)的材質(zhì)為高機(jī)械強(qiáng)度、防腐蝕的高分子材料，通過 緊固部件20將其固定在密封外殼的外壁上，有效地控制=個傳感器的工作同時性與先后 順序且機(jī)械開關(guān)有多個控制按鈕，本實(shí)施例中為四個，分別為A、B、C、D按鈕。A能控制PH 值傳感器的升降，當(dāng)需要檢測待測水體的K1值時，只需按下A按鈕，即可使其下降伸入到待 測水體中，再按一下，傳感器上升回到原位。同理，B、C按鈕分別控制氣壓傳感器和鹽度傳 感器的升降，進(jìn)一步的，D按鈕能同時控制控制=個傳感器的升降過程，將實(shí)時檢測到的數(shù) 據(jù)上傳。
[0036] 本實(shí)施例中的存儲單元22為SIM卡存儲，存儲單元22置于無線發(fā)射單元21上，無 線發(fā)射單元通過數(shù)據(jù)傳輸線與發(fā)射天線23電連接，用于將檢測到數(shù)據(jù)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。
[0037] 本實(shí)施例還包括一大功率蓄電池24,能長時間為測量系統(tǒng)進(jìn)行供電，大功率蓄電 池通過數(shù)據(jù)傳輸線同信號處理單元電連接。
[0038] 為了方便使用，本實(shí)施例還在測量裝置的密封外殼1上通過緊固部件固定有機(jī)械 把手25。
[0039] 為了便于進(jìn)一步理解本實(shí)用新型技術(shù)方案，下面對上述一種高精度光學(xué)溶解氧測 量裝置的工作過程作簡要說明。
[0040] 步驟1、利用信號處理單元中的MSP430單片機(jī)發(fā)出脈沖指令，控制光源調(diào)制電路 對光源發(fā)生器進(jìn)行調(diào)制，光源驅(qū)動電路為其提供穩(wěn)定地功率輸出。調(diào)制后的光通過第一光 禪合器禪合后，再入射到第一光傳導(dǎo)裝置，第一光傳導(dǎo)裝置再經(jīng)第二光禪合器將激勵光源 高效的傳輸，有效地降低了激勵光在空氣中傳輸?shù)膿p耗。
[0041] 步驟2、激勵光經(jīng)水密玻璃窗入射到氧巧光敏感膜上，激發(fā)巧光敏感膜產(chǎn)生巧光， 在巧光增敏劑的作用下，有效地提高巧光強(qiáng)度，同時再結(jié)合一路光傳導(dǎo)裝置，減少了巧光在 傳輸過程中的損耗，巧光通過濾光片、匯聚透鏡后被PIN型光電二極管接收。
[0042] 步驟3、由PIN型光電二極管將接收到的巧光信號實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，得到巧光衰減信 號所對應(yīng)的電壓脈沖信號，電壓脈沖信號傳給MSP430單片機(jī)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，同時計(jì)數(shù)器 開始計(jì)時，一旦電壓脈沖信號低于預(yù)設(shè)電壓時，計(jì)數(shù)將停止。通過計(jì)數(shù)器開始停止的時間， 推算出巧光衰減時間，再由經(jīng)驗(yàn)公式即可得溶解氧濃度。
[0043] 步驟4、由4個DS18B20小型溫度傳感器組成多通道溫度測量系統(tǒng)，將實(shí)時監(jiān)測到 的溫度信號上傳給信號處理單元進(jìn)行分析處理，并且在得知溫度數(shù)值后，通過有效的算法、 數(shù)據(jù)、公式來等對求得的溶解氧濃度值進(jìn)行線性補(bǔ)償，減小溶解氧濃度受溫度影響所帶來 的誤差。
[0044] 步驟5、多傳感器組合模塊中的機(jī)械開關(guān)可有效地控制=個小型傳感器的工作同 時性和先后順序。當(dāng)需要檢測待測水體的PH值時，只需按下A按鈕，即可使其下降伸入到 待測水體中，再按一下，傳感器上升回到原位。同理，B、C按鈕分別控制氣壓傳感器和鹽度 傳感器的升降，而D按鈕則能同時控制控制=個傳感器的升降過程，將實(shí)時檢測到的數(shù)據(jù) 進(jìn)行上傳。將得到的PH值、氧分壓、鹽含量數(shù)據(jù)信號通過信號處理單元處理后，再通過相應(yīng) 的算法、數(shù)據(jù)、公式等來對溶解氧濃度值進(jìn)行線性補(bǔ)償，從而使得所測得的溶解氧濃度更加 精確。
[0045] 步驟6、將通過數(shù)據(jù)采集、處理、優(yōu)化得到的溶解氧濃度信號經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線存儲在 無線發(fā)射單元上的存儲單元中，再經(jīng)發(fā)射天線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。
[0046] 本實(shí)用新型的高精度光學(xué)溶解氧測量裝置，還可W應(yīng)用于其他科研領(lǐng)域，如在氧 傳感器外加上一層對葡萄糖濃度變化敏感的固定化葡萄糖氧化酶膜，利用氧傳感器可W制 造成葡萄糖分析儀。再如在氧傳感器外加上一層專用的對B0D濃度變化敏感的細(xì)菌/微生 物膜，可W制造成B0D分析儀，大大擴(kuò)展了本實(shí)用新型的應(yīng)用范圍，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，其 檢測方法與上述雷同，此處不再寶述。
[0047] W上實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能W此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本實(shí) 用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高精度光學(xué)溶解氧測量裝置，其特征在于：包括密封外殼，以及設(shè)置于密封外 殼內(nèi)部的激發(fā)光源模塊、第一 ~第四光耦合器、第一 ~第二光傳導(dǎo)裝置、熒光產(chǎn)生模塊、熒 光處理模塊；所述密封外殼的下表面為斜面，第一光耦合器、第一光傳導(dǎo)裝置、第二光耦合 器封裝為一體，且垂直于密封外殼的下表面，第一光親合器、第二光親合器分別設(shè)置于第一 光傳導(dǎo)裝置的兩端；熒光產(chǎn)生模塊鑲嵌于密封外殼的斜面上，第四光耦合器、第二光傳導(dǎo) 裝置、第三光耦合器封裝為一體，且設(shè)置于熒光產(chǎn)生模塊與熒光處理模塊之間，第四光耦合 器、第三光耦合器分別設(shè)置于第二光傳導(dǎo)裝置的兩端； 激發(fā)光源模塊產(chǎn)生的激發(fā)光依次經(jīng)第一光耦合器、第一光傳導(dǎo)裝置、第二光耦合器到 達(dá)熒光產(chǎn)生模塊，熒光產(chǎn)生模塊接收激發(fā)光并產(chǎn)生熒光，該熒光依次經(jīng)第四光耦合器、第二 光傳導(dǎo)裝置、第三光耦合器到達(dá)熒光處理模塊，熒光處理模塊接收并處理該熒光。
2. 如權(quán)利要求1所述高精度光學(xué)溶解氧測量裝置，其特征在于：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。
3. 如權(quán)利要求1所述高精度光學(xué)溶解氧測量裝置，其特征在于：所述熒光產(chǎn)生模塊包 括水密玻璃窗、熒光敏感膜、熒光增敏劑，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 依次涂覆有熒光敏感膜和熒光增敏劑。
4. 如權(quán)利要求2所述高精度光學(xué)溶解氧測量裝置，其特征在于：所述熒光處理模塊包 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，熒光依次經(jīng)濾光片、匯聚透鏡 后到達(dá)光電探測器，光電探測器設(shè)置于匯聚透鏡的焦點(diǎn)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。
5. 如權(quán)利要求4所述高精度光學(xué)溶解氧測量裝置，其特征在于：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。
6. 如權(quán)利要求4所述高精度光學(xué)溶解氧測量裝置，其特征在于：該測量裝置還包括固 定于密封外殼外壁的PH值傳感器、氣壓傳感器以及鹽度傳感器，所述PH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。
7. 如權(quán)利要求4所述高精度光學(xué)溶解氧測量裝置，其特征在于：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，以及設(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。
8. 如權(quán)利要求4所述高精度光學(xué)溶解氧測量裝置，其特征在于：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。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高精度光學(xué)溶解氧測量裝置，包括密封外殼，以及設(shè)置于密封外殼內(nèi)部的激發(fā)光源模塊、第一~第四光耦合器、第一~第二光傳導(dǎo)裝置、熒光產(chǎn)生模塊、熒光處理模塊；密封外殼的下表面為斜面，第一光耦合器、第一光傳導(dǎo)裝置、第二光耦合器封裝為一體，且垂直于密封外殼的下表面；熒光產(chǎn)生模塊鑲嵌于密封外殼的斜面上，第四光耦合器、第二光傳導(dǎo)裝置、第三光耦合器封裝為一體。本實(shí)用新型采用基于熒光壽命的檢測方法，解決通過測定熒光強(qiáng)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(shí)現(xiàn)熒光激發(fā)過程中光激發(fā)效率和熒光接收效率的提高，裝置集成度高，且結(jié)構(gòu)緊湊。
【IPC分類】G01N21-64
【公開號】CN204613108
【申請?zhí)枴緾N201520320528
【發(fā)明人】常建華, 朱成剛, 孔春霞
【申請人】南京信息工程大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月19日