溶解氧实时在线监测传感器装置、控制方法及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种溶解氧实时在线监测传感器装置，包括光学探头、光电转换单元和信号处理单元，光学部分包括壳体、荧光膜以及保护层，壳体内设中空腔，壳体上设置有光窗，壳体的设置光窗的一侧为前，反之为后，在光窗的前表面涂覆有荧光膜；荧光膜的表面覆盖用于遮光及避免水体污染的保护层；光电转换单元设置于壳体的中空腔内，包括作为激发光源的蓝色LED光源、作为参比光源的红色LED光源、感光器和红色滤光片；所述信号处理电路包括模拟电路装置和数模转化装置，所述模拟电路装置包括模拟电源和数字电源；本发明专利技术还公开了溶解氧实时在线监测传感器装置的控制方法和使用方法。本发明专利技术的有益效果是：响应时间短、信号值稳定、可逆性好、稳定性高。稳定性高。稳定性高。

【技术实现步骤摘要】
溶解氧实时在线监测传感器装置、控制方法及使用方法


[0001]本专利技术属于水体溶解氧监测领域，涉及一种溶解氧实时在线监测传感器装置、控制方法及使用方法。

技术介绍

[0002]随着社会与科学技术的发展，我们已经进入到了一个信息化的时代，人们对各种数据信息的需求显现得更为迫切，因为这些数据信息与人们生活质量、生产力发展、科学研究、国民经济乃至国家安全等方面息息相关，溶解氧检测技术的创新发展具有深远意义。
[0003]溶解在水中的分子态氧称为溶解氧,水中的溶解氧的含量与空气中氧的分压、水的温度等都有着密切的联系。水中溶解氧的多少是衡量水体洁净程度的一项重要指标。水中的溶解氧含量的测定对于环境监测，水产养殖，工业生产，医疗卫生等领域来说有着重要的意义。
[0004]目前，国内外拥有多种测量溶解氧的技术，其中传统的方法有碘量法、分光光度法、气相色谱法、比色目测法、电极法等。这些传统的测量方法有着各自的合理性，但都存在着一些缺陷。例如碘量法适用于实验室中的水体溶解氧检测，但存在着操作复杂、耗时冗长、无法实现实时在线检测等问题；电极法在检测水体溶解氧时对水体中的溶解氧会有所消耗，存在着较大的测量误差，电极与氧透膜易老化，需要不断更换透气膜，有着维护过程复杂的问题；气相色谱法测量水体中的溶解氧浓度快速准确，但那难以得到大规模的推广。而基于荧光猝灭原理的溶解氧实时监测传感器具有不消耗水体中的溶解氧，灵敏度高，测量精确度高等优点，更加满足现今水体中溶解氧浓度的实时在线监测需求，更加符合当今对溶解氧检测的研究方向。r/>[0005]荧光猝灭原理是指氧分子能使特定的荧光物质产生荧光猝灭效应，荧光物质与猝灭剂分子作用使得荧光分子的荧光强度降低、寿命减少的现象，从而凭借这两种本征参数测定溶解氧含量。常见的荧光猝灭剂有卤素离子、重金属离子、氧分子以及硝基化合物、重氮化合物、羧基和羰基化合物等。氧是一些荧光物质的天然猝灭剂，氧猝灭过程已经被证明是动态猝灭，原理是氧与激发态的荧光物质发生碰撞后发生能量转移，从而造成荧光强度的减弱。但是，碰撞之后，两者会立即分开，荧光分子并没有发生化学变化，因此氧对荧光分子的猝灭是可逆的。溶解氧含量的测量可大致分为三个过程——吸光过程、荧光过程和猝灭过程。这种动态猝灭过程符合Stern
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Volmer方程，荧光物质的猝灭程度与氧浓度呈正相关。但是现有的
[0006]综合对比了各种溶解氧的测量方法，基于荧光猝灭原理的溶解氧传感器脱颖而出，具有众多优势：测量过程中不会消耗水体的溶解氧、无需考虑水体的流动速度和搅拌速度、抗电磁干扰、无需参比电极、小巧便携、操作简便、可以实现远程、连续、在线监测等，拥有更加良好的应用前景。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种溶解氧实时在线监测传感器装置、控制方法及使用方法，该设备利用荧光猝灭原理可以实时检测溶解氧，并且设备小巧便携、密封防水、耐腐蚀性、耐高压性、硬度强度、透光性好。
[0008]为满足这些需求，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0009]本专利技术所述的溶解氧实时在线监测传感器装置，其特征在于：包括光学探头、光电转换单元和信号处理单元，所述光学探头包括壳体、荧光膜以及保护层，所述壳体内设中空腔，所述壳体上设置有可供光线通过的光窗，壳体的设置光窗的一侧为前，反之为后，在所述光窗的前表面涂覆有荧光膜；所述荧光膜的表面覆盖用于遮光及避免水体污染的保护层；
[0010]所述光电转换单元设置于壳体的中空腔内，包括作为激发光源的蓝色LED光源、作为参比光源的红色LED光源、感光器、红色滤光片和I/V转换器，所述蓝色LED光源和所述红色LED光源分别设置于所述壳体的中空腔相对两侧，所述蓝色LED光源和所述红色LED光源的光射方向同时对准所述荧光膜的中心区域，使得荧光膜位于蓝色LED光源、红色LED光源的焦点处；所述感光器设置于所述荧光膜正后方的壳体中空腔内，所述感光器的荧光信号输出端与所述信号处理部分的荧光信号输入端电路连接，用于将接收的荧光信号传输给信号处理部分；所述红光滤光片设置于在荧光膜与感光器之间，用于消除杂散光对感光器的干扰，以选择性透过特定波段的光；所述I/V转换器的信号输出端与所述信号处理电路的信号输入端电连接，用于将电流信号转换为电压信号；
[0011]所述信号处理电路包括模拟电路装置和数模转化装置，所述模拟电路装置包括模拟电源和数字电源，模拟电源和数字电源物理隔离，并各自拥有独立的地线和供电电源，其中模拟电源通过模拟电路分别与所述感光器以及所述蓝色LED光源的驱动端、红色LED光源的驱动端电连接，用于控制传感器设备工作；所述数字电源通过微控制器分别与所述感光器、所述蓝色LED光源的驱动端、红色LED光源的驱动端电连接，所述数字电源通过I/O接口电路与外界存储设备信号连接，用于实时监测、控制传感器装置。
[0012]进一步，所述数字电源包括供电电源、LED驱动芯片、光电转换器、交流放大滤波单元、微控制器以及信号处理和传输单元；
[0013]所述供电电源的输电端分别与所述LED驱动芯片、光电转换器、I/V转换器、交流放大滤波单元、相位检测单元电连接；
[0014]所述光电转换器的光信号输入端与所述传感器的光信号输出端电连接，所述光电转换器的电流信号输出端与所述I/V转换器的电输入端电连接，用于将光信号转换为电流信号并传输给I/V转换器；
[0015]所述I/V转换器的信号输出端与所述交流放大滤波单元的信号输入端电连接，用于将电流信号转换为电压信号；
[0016]所述交流放大滤波单元的信号输出端与所述微控制器的信号输入端电连接，用于将电压信号进行方波调制获取相应的方波信号。
[0017]所述微控制器的控制端通过LED驱动芯片与所述蓝色LED光源的驱动端、红色LED光源电连接，用于控制所述蓝色LED光源和所述红色LED光源工作；所述微控制器内设有相位检测单元，并且所述相位检测单元的信号输入端与所述交流放大滤波单元的信号输出端
电连接，并通过信号处理和传输单元与所述数模转化装置的信号传输端电连接，所述微控制器的数据信号输出端通过I/O接口电路传输给外部存储设备信号连接。
[0018]进一步，所述溶解氧实时在线监测传感器装置还包括多个温度传感器，所述温度传感器分布于各个采样点处，且所述温度传感器的信号输出端与所述微控制器的温度信息输入端电连接。
[0019]进一步，所述荧光膜为氧敏钌络合物层。
[0020]进一步，所述蓝光LED为激发光源，所述红色LED为参比光源，蓝光LED经过荧光物质跃迁所得波长与红光LED激发波长相近；所述蓝色LED光源和所述红色LED光源均配有LED驱动芯片，所述LED驱动芯片为带6只引脚的MAX1916 LED驱动芯片。
[0021]进一步，所述壳体为3D打印的空心圆管。
[0022]进一步，所述感光器是光电二极管。
[0023]进一步，所述光窗采用蓝宝石玻璃光窗。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.溶解氧实时在线监测传感器装置，其特征在于：包括光学探头、光电转换单元和信号处理单元，所述光学探头包括壳体、荧光膜以及保护层，所述壳体内设中空腔，所述壳体上设置有可供光线通过的光窗，壳体的设置光窗的一侧为前，反之为后，在所述光窗的前表面涂覆有荧光膜；所述荧光膜的表面覆盖用于遮光及避免水体污染的保护层；所述光电转换单元设置于壳体的中空腔内，包括作为激发光源的蓝色LED光源、作为参比光源的红色LED光源、感光器、红色滤光片和I/V转换器，所述蓝色LED光源和所述红色LED光源分别设置于所述壳体的中空腔相对两侧，所述蓝色LED光源和所述红色LED光源的光射方向同时对准所述荧光膜的中心区域，使得荧光膜位于蓝色LED光源、红色LED光源的焦点处；所述感光器设置于所述荧光膜正后方的壳体中空腔内，所述感光器的荧光信号输出端与所述信号处理部分的荧光信号输入端电路连接，用于将接收的荧光信号传输给信号处理部分；所述红光滤光片设置于在荧光膜与感光器之间，用于消除杂散光对感光器的干扰；所述I/V转换器的信号输出端与所述信号处理电路的信号输入端电连接，用于将电流信号转换为电压信号；所述信号处理电路包括模拟电路装置和数模转化装置，所述模拟电路装置包括模拟电源和数字电源，模拟电源和数字电源物理隔离，并各自拥有独立的地线和供电电源，其中模拟电源通过模拟电路分别与所述感光器以及所述蓝色LED光源的驱动端、红色LED光源的驱动端电连接，用于控制传感器设备工作；所述数字电源通过微控制器分别与所述感光器、所述蓝色LED光源的驱动端、红色LED光源的驱动端以及数模转化装置电连接，所述数字电源通过I/O接口电路与外界存储设备信号连接，用于实时监测、控制传感器装置。2.如权利要求1所述溶解氧实时在线监测传感器装置，其特征在于：所述数字电源包括供电电源、LED驱动芯片、光电转换器、I/V转换器、交流放大滤波单元、微控制器以及信号处理和传输单元；所述供电电源的输电端分别与所述LED驱动芯片、光电转换器、交流放大滤波单元、相位检测单元电连接；所述光电转换器的光信号输入端与所述传感器的光信号输出端电连接，所述光电转换器的电流信号输出端与所述I/V转换器的电输入端电连接，用于将光信号转换为电流信号并传输给I/V转换器；所述I/V转换器的信号输出端与所述交流放大滤波单元的信号输入端电连接，用于将电流信号转换为电压信号；所述交流放大滤波单元的信号输出端与所述微控制器的信号输入端电连接，用于将电压信号进行方波调制获取相应的方波信号。所述微控制器的控制端通过LED驱动芯片与所述蓝色LED光源的驱动端、红色LED光源电连接，用于控制所述蓝色LED光源和所述红色LED光源工作；所述微控制器内设有相位检测单元，并且所述相位检测单元的信号输入端与所述交流放大滤波单元的信号输出端电连接，并通过信号处理和传输单元与所述数模转化装置的信号传输端电连接，所述微控制器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李邦义，孙志浩，戴嘉玥，
申请(专利权)人：杭州浸格科技有限公司，
类型：发明
国别省市：