一种淡水蓝藻生物量检测系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术提供的淡水蓝藻生物量检测系统，选用更加合理的激发波长与发射波长，在数据处理中采用抗干扰解耦多元校正模型算法，解除检测过程中叶绿素a的干扰，实现两种色素的独立检测，使藻蓝蛋白浓度的测量结果更加精确；同时，光路模块中采用双通道设计，可同时实现叶绿素a与藻蓝蛋白的检测，规避以往借助叶绿素a与藻蓝蛋白的关系来实现蓝藻检测的方法，进一步提高了检测的精确度。

Freshwater cyanobacteria biomass detection system and detection method thereof

Freshwater cyanobacterial biomass detection system provided by the invention, the more reasonable excitation wavelength and emission wavelength, in the data processing by using the anti disturbance decoupling algorithm of multivariate calibration model, remove interference in the detection process of chlorophyll a, realize the independent detection of two kinds of pigment, the measurement of phycocyanin concentration at the same time, the result is more accurate; the double channel optical design module, and realize the detection of chlorophyll a and phycocyanin, chlorophyll a and avoid past by phycocyanin relation method to realize detection of cyanobacteria, to further improve the detection accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种淡水蓝藻生物量检测系统及其检测方法
本专利技术涉及淡水水域检测领域，特别是涉及一种淡水蓝藻生物量检测系统及方法。
技术介绍
水是生命之源，但由于人类对水资源的过度开发与利用，水资源短缺和水质污染问题已逐渐影响到人们的生活和身体健康。自从上世纪末以来，水华对我国的饮用水构成严重威胁，我国66％的湖泊曾受到水华的影响。其中，太湖、巢湖、滇池三大湖泊富营养化问题最为突出。因此，对水华的科学治理迫在眉睫。而在蓝藻水华爆发前进行准确的预警是蓝藻水华治理的重要一环，根据相关研究报道，我国有81％的水华由蓝藻所引起。检测蓝藻的浓度成为蓝藻水华预警机制的首要任务。目前对蓝藻的监测都是检测蓝藻在水中的密度，市场上已出现多种便携式水质传感器，其常用的技术有：(1)吸光度法。利用蓝藻中所特有的藻蓝蛋白对特定波长光的吸收特性进行吸光度的测量，以确定蓝藻的密度，吸光度法原理简单、成本低、检测稳定，但灵敏度与检测限不够，对于低浓度下的物质检测误差比较大。(2)荧光法。利用蓝藻中所特有的藻蓝蛋白在吸收光照后受激发射的荧光具有波长特异性特点，通过检测到其荧光强度的大小来确定蓝藻的密度，荧光法灵敏度高，适合低浓度检测，但抗干扰性能差。(3)遥感法。利用蓝藻中所特有的藻蓝蛋白对特定波长电磁波的辐射、散射与反射情况，借助对电磁波敏感的仪器进行远距离探测，遥感法可以远距离检测，检测范围广，但灵敏度与精确度低，且很容易受到天气的影响。荧光法因其简便易行、灵敏度高、可实现原位检测等特点而被广泛应用。荧光法检测蓝藻常以藻蓝蛋白作为特征色素进行检测。但在实际水体中常因蓝藻以及其它藻类含有大量的叶绿素a产生荧光干扰而对导致藻蓝蛋白的检测不准确。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种检测精度及灵敏度高的淡水蓝藻生物量检测系统。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种淡水蓝藻生物量检测系统，包括：光源模块、光路模块及电性连接于所述光路模块的控制模块，所述光源模块用于提供包括两种波长的激发光，所述光路模块包括第一检测器件、第二检测器件及过滤镜组；其中：所述激发光经光纤传输后进入淡水水体产生光信号，所述光信号包括第一受激发射荧光及第二激发光；所述第一受激发射荧光经所述过滤镜组过滤后由所述第一检测器件进行荧光强度的检测与吸收后形成第一电流信号；所述第二激发光经所述过滤镜组过滤后由所述第二检测器件进行激发光强度的检测与吸收后形成第二电流信号；所述控制模块对获取的所述第一电流信号及第二电流信号进行处理并根据处理结果实现对淡水蓝藻生物量的检测。在一些较佳的实施例中，所述光源模块包括稳压电源、电性连接与所述稳压电源的激光二极管驱动器、电性连接与所述激光二极管驱动器的激发光源及电性连接与所述激光二极管驱动器的调制单元。在一些较佳的实施例中，所述稳压电源由四节1.5V的干电池串联，所述激光二极管驱动器为LD1255R，所述激发光源包括激光二极管，所述激光二极管为两个，其一可出射激光波长为434nm±5nm，用以激发叶绿素a；其二可出射激光波长为595nm±5nm，用以激发藻蓝蛋白，且所述激光二极管出射的双波长激发光经光纤传输后进入淡水水体产生所述第一受激发射荧光，所述双波长激发光经光纤传输后穿过待检测的淡水水体形成所述第二激发光，所述调制单元为正弦信号发生器。在一些较佳的实施例中，所述第一检测器件为光电倍增管或光电二极管中的一种。在一些较佳的实施例中，所述第二检测器件为光电二极管。在一些较佳的实施例中，所述控制模块包括除噪电路、放大电路、模拟-数字转化电路及控制电路，所述第一电流信号及第二电流信号依次经所述除噪电路除噪、所述放大电路放大、模拟-数字转化电路转换后，再经所述控制电路对检测的数据进行运算、存储，并跟踪变化情况，以便于做藻华的预测报警。在一些较佳的实施例中，所述除噪电路为数字滤波器，所述放大电路为跨阻放大电路，所述控制电路为单片机。在一些较佳的实施例中，所述控制电路还电性连接于所述调制单元，所述控制电路根据计算结果控制所述调制单元。在一些较佳的实施例中，所述淡水蓝藻生物量检测系统还包括散热模块，所述散热模块固定连接于所述光路模块。此外，本专利技术还提供了所述的淡水蓝藻生物量检测系统的检测方法，包括下述步骤：所述激发光经光纤传输后进入淡水水体产生光信号，所述光信号包括第一受激发射荧光及第二激发光；所述第一受激发射荧光经所述过滤镜组过滤后由所述第一检测器件进行荧光强度的检测与吸收后形成第一电流信号；所述第二激发光经所述过滤镜组过滤后由所述第二检测器件进行激发光强度的检测与吸收后形成第二电流信号；所述控制模块对获取的所述第一电流信号及第二电流信号进行处理并根据处理结果实现对淡水蓝藻生物量的检测。本专利技术采用上述技术方案，其有益效果在于：本专利技术提供的淡水蓝藻生物量检测系统，选用包括两种波长的激发光，所述激发光经光纤传输后进入淡水水体产生第一受激发射荧光及第二激发光，经所述过滤镜组过滤后其中的所述第一受激发射荧光经所述第一检测器件进行荧光强度的检测与吸收后形成第一电流信号，经所述过滤镜组过滤后其中的所述第二激发光经所述第二检测器件进行激发光强度的检测与吸收后形成第二电流信号，所述控制模块对获取的所述第一电流信号及第二电流信号进行处理并根据处理结果实现对淡水蓝藻生物量的检测，从而能够同时实现叶绿素a与藻蓝蛋白的检测，规避了以往借助叶绿素a与藻蓝蛋白的关系来实现蓝藻的检测，提高了检测的精确度，实现两者检测的分离，可依据两者的灵敏变化预测蓝藻水华的发生情况。附图说明图1为一实施方式的淡水蓝藻生物量检测系统的结构示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。需要说明的，本文中所使用的术语“第一、第二”等仅为方便描述，不能理解为指示或暗示相对重要性，也不理解为有先后顺序关系。如图1所示，一实施方式的淡水蓝藻生物量检测系统100，包括光源模块110、光路模块120及电性连接于所述光路模块120的控制模块130。其中：所述光源模块110用于提供包括两种波长的激发光。所述光源模块110包括稳压电源111、电性连接与所述稳压电源111的激光二极管驱动器112、电性连接与所述激光二极管驱动器112的激发光源113及电性连接与所述激光二极管驱动器112的调制单元114。其中：所述稳压电源111由四节1.5V的干电池串联，由于稳压电源采用四节1.5V的干电池串联，可以为整个系统提供电能。所述激光二极管驱动器112为LD1255R，选用LD1255R的激光二极管驱动器112可实现精密恒流控制，结合来自正弦信号发生器的调制信号，可将驱动信号传输给激发光源113。具体地，所述激光二极管113为两个，其一可出射激光波长为434nm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种淡水蓝藻生物量检测系统，其特征在于，包括：光源模块、光路模块及电性连接于所述光路模块的控制模块，所述光源模块用于提供包括两种波长的激发光，所述光路模块包括第一检测器件、第二检测器件及过滤镜组；其中：所述激发光经光纤传输后进入淡水水体产生光信号，所述光信号包括第一受激发射荧光及第二激发光；所述第一受激发射荧光经所述过滤镜组过滤后由所述第一检测器件进行荧光强度的检测与吸收后形成第一电流信号；所述第二激发光经所述过滤镜组过滤后由所述第二检测器件进行激发光强度的检测与吸收后形成第二电流信号；所述控制模块对获取的所述第一电流信号及第二电流信号进行处理并根据处理结果实现对淡水蓝藻生物量的检测。

【技术特征摘要】
1.一种淡水蓝藻生物量检测系统，其特征在于，包括：光源模块、光路模块及电性连接于所述光路模块的控制模块，所述光源模块用于提供包括两种波长的激发光，所述光路模块包括第一检测器件、第二检测器件及过滤镜组；其中：所述激发光经光纤传输后进入淡水水体产生光信号，所述光信号包括第一受激发射荧光及第二激发光；所述第一受激发射荧光经所述过滤镜组过滤后由所述第一检测器件进行荧光强度的检测与吸收后形成第一电流信号；所述第二激发光经所述过滤镜组过滤后由所述第二检测器件进行激发光强度的检测与吸收后形成第二电流信号；所述控制模块对获取的所述第一电流信号及第二电流信号进行处理并根据处理结果实现对淡水蓝藻生物量的检测。2.根据权利要求1所述的淡水蓝藻生物量检测系统，其特征在于，所述光源模块包括稳压电源、电性连接与所述稳压电源的激光二极管驱动器、电性连接与所述激光二极管驱动器的激发光源及电性连接与所述激光二极管驱动器的调制单元。3.根据权利要求2所述的淡水蓝藻生物量检测系统，其特征在于，所述稳压电源由四节1.5V的干电池串联，所述激光二极管驱动器为LD1255R，所述激发光源包括激光二极管，所述激光二极管为两个，其一可出射激光波长为434nm±5nm，用以激发叶绿素a；其二可出射激光波长为595nm±5nm，用以激发藻蓝蛋白，且所述激光二极管出射的双波长激发光经光纤传输后进入淡水水体产生所述第一受激发射荧光，所述双波长激发光经光纤传输后穿过待检测的淡水水体形成所述第二激发光，所述调制单元为正弦信号发生器。4.根据权利要求1所述的淡水蓝藻生物量检测系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡中华，类成龙，蔡子文，王嵘，周进，何永红，姜玥璐，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，深圳市蓝海绿洲科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44