立体化湖泊蓝藻生物量光谱检测系统技术方案

本发明专利技术提供一种立体化湖泊蓝藻生物量光谱检测系统，包括：主机和探头；主机与探头之间通过光纤进行连接；光源发出光束入射至光源反射涂层，产生漫反射光束入射至检测仓；在检测仓的另一个侧面设置有抽水宝塔头，用于将检测完成的水体从检测仓中抽出；在检测仓的顶面上设置有准直镜组，用于对待测水体进行成像；准直镜组的上方通过连接装置与光纤进行连接，再通过光纤分别与光纤切换结构和光纤光谱仪进行连接。漫反射光束经入光孔进入检测仓内部对待测水体进行照射，并通过准直镜组进行成像后通过光纤传输至光纤光谱仪获取待测水体的光谱数据。本发明专利技术具有实用、便携、低成本、低功耗的优点。的优点。的优点。

【技术实现步骤摘要】
立体化湖泊蓝藻生物量光谱检测系统


[0001]本专利技术涉及光谱分析
，特别涉及一种立体化湖泊蓝藻生物量光谱检测系统。

技术介绍

[0002]藻类大量繁殖引起的水华现象是湖泊水体富营养化的重要特征，我国已经成为世界上蓝藻水华暴发最严重、分布最广的国家之一。实践中发现，富营养化湖泊水体表层的藻华面积及叶绿素a浓度经常在数天内发生剧烈变化，甚至出现数小时内蓝藻水华大面积聚集或消失的现象。因此，开展湖泊中藻类生物量立体监测，精准掌握藻总量的时空变化规律，科学诠释其变化的驱动要素和机制，是准确掌握我国乃至全球湖泊蓝藻水华发生强度的变化趋势，实现湖泊流域可持续发展的重要保障。
[0003]与化学分析、电化学分析、色谱分离技术、生物传感技术等水质检测分析方法相比，基于光谱分析的湖泊蓝藻检测技术是现代环境水质检测的一个重要发展方向之一。
[0004]目前该技术主要有原子吸收光谱法、高光谱遥感法和分子吸收光谱法，其中高光谱遥感法由于测量精度不高，多数用于水质定性监测分析。原子光谱分析技术虽然已被列为水中总铬、总铅、总汞、总锌、总锰等重金属水质参数测定的标准分析方法之一，具有测定灵敏、准确、选择性高、分析速度快的特点，但能量消耗大且对难熔元素和非金属元素测定困难，需要在实验室进行测试，设备价格高和使用不便，无法满足在线、实时多参数环境水质检测的需求。比较而言，分子吸收光谱分析，尤其是紫外
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可见分子吸收光谱分析在水质分析领域的应用是现代水质检测的一个极其重要发展方向，具有操作简便、消耗试剂量小(个别水质参数的检测甚至无需试剂)、重复性好、测量精度高和分析快速等优点，适合对环境水样的快速在线检测。目前，按检测方法是否需要样品化学前处理，基于分子吸收光谱分析的水质检测技术可分为样品前处理光谱水质检测和直接光谱水质检测两类。比较而言，样品前处理光谱水质检测技术成熟，能够适用于绝大多数水质参数的在线检测，是目前光谱水质检测的主要发展方向，而直接光谱水质检测虽然无需样品前处理，但易受不同水体的个异性影响，其核心智能算法模型易受不同水体的干扰，检测不够稳定，普适性不强；同时，目前直接光谱水质检测仪器仅能局限于一些水质参数的检测，如COD、硝酸盐、苯类物质等，尚处于不成熟的技术发展阶段，其应用领域远没有样品前处理光谱水质检测仪器广泛。
[0005]光谱水环境检测技术是水质检测领域的一个重要发展方向，然而由以上技术现状与趋势分析可以看出目前该技术存在以下问题：
[0006](1)从检测方法的本质上分析，水环境检测才是光谱水质检测技术自身独特的优势，可以解决目前利用多电化学传感器集成、多分析方法模块集成或多台仪器组合实现水环境多参数检测的技术难题，然而目前光谱水环境检测仪器仍然以单参数检测为主，多参数光谱水环境检测仪器尚处于技术发展不成熟阶段。
[0007](2)目前报道的水环境多参数光谱检测仪器均内置大型分光光度分析系统，造成仪器结构复杂、体积大、成本高。
[0008](3)实际环境水样的复杂性和连续光谱本身携带的各类干扰信号是影响水质检测准确度的主要因素之一，因此，应分析在线水环境检测光谱信号特征，研究水环境多参数检测光谱信号处理技术以提高水质检测的准确度。

技术实现思路

[0009]鉴于上述问题，本专利技术的目的是提出一种立体化湖泊蓝藻生物量光谱检测系统，本专利技术针对现代湖泊蓝藻生物量检测精度及其便携性、低功耗、高性能在线检测应用能力的迫切需求，以紫外
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可见光谱技术为基础，通过构建富营养化浅水湖泊水体中蓝藻立体分布的光谱参数反演算法，综合了小型化荧光检测系统、动态定位技术、真空密封技术、实时数据传输及云端共享技术，能够满足原位、在线、高精度、立体化湖泊蓝藻生物量立体监测的设备，同时设备也能实现蓝藻水华厚度的检测。具有实用、便携、低成本、低功耗的优点。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0011]本专利技术提供一种立体化湖泊蓝藻生物量光谱检测系统，包括：主机和探头；主机与探头之间通过光纤进行连接；
[0012]主机包括：内置电池、单板计算机和光纤光谱仪；探头包括：光源和检测仓；
[0013]探头底部为半圆形，探头底部的内侧涂有光源反射涂层；光源发出光束入射至光源反射涂层，产生漫反射光束入射至检测仓；
[0014]检测仓为空心的长方体结构；
[0015]在检测仓的底面设置有入光孔；
[0016]在检测仓的侧面设置有进水口；
[0017]在检测仓的另一个侧面设置有抽水宝塔头，用于将检测完成的水体从检测仓中抽出；
[0018]在检测仓的顶面上设置有准直镜组，用于对待测水体进行成像；
[0019]准直镜组的上方通过连接装置与光纤进行连接，再通过光纤分别与光纤切换结构和光纤光谱仪进行连接。
[0020]漫反射光束经入光孔进入检测仓内部对待测水体进行照射，并通过准直镜组进行成像后通过光纤传输至光纤光谱仪获取待测水体的光谱数据；
[0021]单板计算机用于对待测水体的光谱数据进行存储，内置电池用于对单板计算机和光纤光谱仪进行供电。
[0022]优选地，还包括光纤切换结构；
[0023]探头内部均匀设置有数量不同的检测仓，每个检测仓分别通过光纤与光纤切换结构和光纤光谱仪进行连接；
[0024]在同一时刻内，光纤光谱仪只能接收一个光纤所传输的待测水体的光谱数据；
[0025]通过控制光纤切换结构来选择接收任一光纤中的待测水体的光谱数据。
[0026]优选地，进水口安装有过滤系统；
[0027]通过过滤系统用于对水体进行不同程度的过滤，使不同的检测仓中存有不同的待测水体，进而实现对不同的待测水体的检测。
[0028]优选地，光纤放置在防水的密封波纹管中。
[0029]优选地，主机放置在水面上，探头放置在水下0m
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2m的作业环境中。
[0030]优选地，光纤切换机构包括电动位移台和双L型结构；双L型结构包括第一L型结构和第二L型结构；
[0031]电动位移台安装在主机的底部上；
[0032]第一L型结构安装在主机的底部上；第一L型结构上装有光纤准直镜，分别通过光纤与检测仓相连接；
[0033]第二L型结构安装在电动位移台上；第二L型结构上装有光纤聚焦镜，与光纤光谱仪相连接；
[0034]通过步进电机控制电动位移台进行移动，进而带动第二L型结构进行平移，使第二L型结构上的光纤聚焦镜与第一L型结构上的不同光纤准直镜分别进行对准完成光路切换。
[0035]优选地，探头的尺寸为160mm*80mm*80mm。
[0036]优选地，本专利技术检测光谱范围为：200
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800nm。
[0037]与现有的技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0038]1.光谱范围广(200
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800nm)、光谱分辨率高(优于1nm)、可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种立体化湖泊蓝藻生物量光谱检测系统，其特征在于，包括：主机和探头；主机与探头之间通过光纤进行连接；所述主机包括：内置电池、单板计算机和光纤光谱仪；所述探头包括：光源和检测仓；所述探头底部为半圆形，所述探头底部的内侧涂有光源反射涂层；所述光源发出光束入射至所述光源反射涂层，产生漫反射光束入射至所述检测仓；所述检测仓为空心的长方体结构；在所述检测仓的底面设置有入光孔；在所述检测仓的侧面设置有进水口；在所述检测仓的另一个侧面设置有抽水宝塔头，用于将检测完成的水体从所述检测仓中抽出；在所述检测仓的顶面上设置有准直镜组，用于对待测水体进行成像；所述准直镜组的上方通过连接装置与所述光纤进行连接，再通过所述光纤分别与所述光纤切换结构和所述光纤光谱仪进行连接；所述漫反射光束经所述入光孔进入所述检测仓内部对所述待测水体进行照射，并通过所述准直镜组进行成像后通过光纤传输至所述光纤光谱仪获取所述待测水体的光谱数据；所述单板计算机用于对所述待测水体的光谱数据进行存储，所述内置电池用于对所述单板计算机和光纤光谱仪进行供电。2.根据权利要求1所述的立体化湖泊蓝藻生物量光谱检测系统，其特征在于，还包括光纤切换结构；所述探头内部均匀设置有数量不同的检测仓，每个检测仓分别通过光纤与所述光纤切换结构和光纤光谱仪进行连接；在同一时刻内，所述光纤光谱仪只能接收一个光纤所传输的待测水体的光谱数据；通过控制所述光纤切换结构来选择接收任一光纤中的待测水体的光谱数据。3.根据权利要求2所述的立体化湖泊蓝藻生物量...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭鑫，裴健，马振予，焦庆斌，许亮，杨名宇，李徽，张薇，刘文龙，张成成，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：