一种荧光溶解氧在线测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及水体溶解氧测量领域，具体为一种工业现场在线测量的荧光溶解氧在线测量装置，包括不锈钢腔体、和内置于不锈钢腔体内的发射单元、接受单元、荧光膜和控制电路板；发射单元包括激发光源和参考光源，激发光源发出的光经过调制汇聚于不锈钢腔体底部的荧光膜上并与荧光膜作用，发出荧光；参考光源经过调制发射出与激发光源同频率参考光信号；接收单元，包括光电探测器和设置于光电探测器前的滤光片；控制电路板的输入端与接收单元连接，接受来自接收单元的电信号，输出端通过防水传输电缆与上位机实现通讯连接，另一输出端与发射单元连接，控制和调制激发光源和参考光源的光信号，具有结构紧凑、耐压，抗干扰性好，测量精度高等优点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水体溶解氧测量领域，具体为一种工业现场在线测量的荧光溶解氧在线测量装置。
技术介绍
随着工业的高速发展，水体坏境也遭受到了更多的污染。在工业生产、水产养殖、 环境监测、医疗卫生和科学研究领域中，需要实时掌握水体中的溶解氧的浓度以便进行检测和控制。传统方法一直采用电流法和极谱法测量溶解氧。这种方法对于市政和工业废水中的溶解氧监测中起着非常重要的作用。传统的方法包括碘量法(即winkler法)、氧电极法。碘量法通过一系列化学反应生成与水样中溶解氧含量相当的游离态碘，从而计算出溶解氧的含量，这是一种经典的测定溶解氧的方法，测量精度高且准确性好，但该法是一种纯化学方法，化学反应复杂，易受干扰，测量时间长，无法实现实时在线测量。氧电极法是一种电化学方法，其基本原理是水样中的溶解氧在电解液中的阴极处发生还原反应，产生与氧浓度成正比的扩散电流，这样通过测量扩散电流值即可标定处于被测水样中溶解氧的含量，用这种方法可以实现溶解氧的现场连续测量。但是电化学方法需要使用膜、电极和电解液，从而会导致很多问题，即使进行定期维护，还是不能得到准确的测量结果。本专利采用光学手段进行水体溶解氧的测量，可以避免实验室测量和电极维护带来的繁琐，为溶解氧的在线监测技术提供了新的技术手段。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的上述方法的缺点，实现水体溶解氧的实时、在线测量， 本专利技术的目的在于提供一种基于荧光技术，无需电极和电解液，几乎不用维护，且不易受到外界干扰性能优异，使用方便的荧光溶解氧在线测量装置。本专利技术的技术方案如下一种荧光溶解氧在线测量装置，包括不锈钢腔体、和内置于不锈钢腔体内的发射单元、接受单元、荧光膜和控制电路板；其中发射单元包括激发光源和参考光源，激发光源发出的光经过控制电路板的调制汇聚于不锈钢腔体底部的荧光膜上并与荧光膜作用，发出荧光；参考光源经过控制电路板的调制发射出与激发光源同频率参考光信号，汇聚于不锈钢腔体底部的荧光膜上；接收单元，包括光电探测器和设置于光电探测器前的光滤光片，荧光信号和参考光信号经过滤光片的过滤后，经光电探测器将光信号转化为电信号；控制电路板的输入端与接收单元连接，接受来自接收单元的电信号，输出端通过防水传输电缆与上位机实现通讯连接，另一输出端与发射单元连接，控制和调制激发光源和参考光源的光信号。不锈钢腔体内还安装有温度检测单元，温度检测单元包括紧密贴靠在不锈钢腔体上的温度探头，温度探头的输出端通过信号线与控制电路板的一输入端相连，在检测前温度检测单元测量环境温度，并将所测数据通过信号线传送至控制电路板中。发射单元和接受单元通过固定件连接为一体化结构，固定件上设置有激发光源和参考光源的探孔，中间部位开有固定光电探测器的安装孔，探孔和安装孔的透光端密封安装有石英玻璃窗。控制电路板包括控制模块，其输出端分别与激发光源和参考光源的输入端连接， 用于控制光源的工作状态；调制模块，其输出端分别与激发光源和参考光源的输入端连接， 用于调制光源的频率；数据处理模块，其输入端连接接受单元，另一输入端与调制模块相连，根据采集的数据计算出溶解氧浓度。激发光源为蓝光LED，中心波长450nm ；参考光源为红光LED，中心波长为620nm。滤光片采用中心波长为620nm的窄带滤光片。本专利技术具有以下优点和有益效果1.采用本专利技术装置进行探测采用荧光方法进行探测，不需要电极和电解液，几乎不用维护，简便实用，适用于长期无人值守监测；2.整个设备用不锈钢腔体密封，具有良好的电磁屏蔽性能，抗干扰性强，可靠性高，可以满足电磁环境复杂的场合应用；3.本专利技术装置具有温度检测单元安装在不锈钢腔体上，可以实时获取现场温度数据，做到实时温度补偿；温度对测量结果的影响，4.本专利技术装置的发射单元和接收单元为一体化设计，能有效地防止水蒸汽进入到探测器；5.本专利技术装置采用了不同颜色的双光源参考比较，可以有效消除环境波动带来的影响，提高了系统测量结果的准确性；蓝色光与荧光物质作用，产生荧光，这个荧光信号与氧气浓度有关，而红光不会与荧光物质作用，红光用来作为参比光源来使用，用于扣除初始相位及光源波动的影响，除了光源光强的波动，还有扣除初始相位的功能；7.本专利技术在线水体溶解氧测量装置采用高亮度发光二极管作为光源，采用高强度不锈钢腔体密封，结构紧凑、耐压，抗干扰性好，可以满足不同深度水体溶解氧含量的自动、 在线测量。本专利技术既可以手持式操作，现场观测测量结果，也可以通过远程通讯接口，实现长期、定点无人监测，数据自动采集与传输。本专利技术可以广泛应用于水厂、污水处理厂、电厂的环境监测，也可以用于养殖业水体溶解氧的自动监控。该专利技术还具有成本低廉、生产工艺简单，具有广泛的市场应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例光电部件的一体化设计结构图示意图；图3为本专利技术实施例控制电路板的模块示意图；图4为本专利技术实施例水体溶解氧变化的实测曲线；其中1为控制电路板、2为温度探头、3为参考光源4为光电探测器、5为荧光膜、6 为滤光片、7为激发光源、8为传输电缆、9为不锈钢腔体。具体实施方式实施例如图1所示，为本专利技术实施例装置的结构示意图；包括不锈钢腔体9、和内置于不锈钢腔体9内的发射单元、接受单元、荧光膜5和控制电路板1 ；其中发射单元包括发射激光的激发光源7和用于消除环境波动的参考光源3，参考光源3经过控制电路板1的方波调制成频率为5KHz的参考光信号，汇聚于不锈钢腔体9底部的荧光膜5上，参考光源3采用的是红光LED，中心波长为620nm。激发光源7发出的光经过控制电路板1的方波调制成频率与参考光源同频率的光后汇聚于不锈钢腔体9底部的荧光膜5上并与荧光膜5作用，发出荧光；本实施例中激发光源7为蓝光LED采用高亮度蓝光发光二极管，中心波长450nm。接收单元，包括光电探测器4和位于光电探测器4镜头前的滤光片6，荧光信号和参考光信号经过滤光片6的过滤后，经光电探测器4将光信号转化为电信号，本实施例中滤光片6采用中心波长为620nm的窄带滤光片，光电探测器为光电二极管。控制电路板1的输入端与接收单元连接，用于接收来自激发光源7和参考光源3 的信号，输出端通过防水传输电缆8与上位机实现通讯连接，另一输出端与发射单元连接， 控制和调制激发光源7和参考光源3的发光情况和光信号，控制电路板1负责完成光源控制、荧光信号的采集、温度采集、浓度反演、数据保存，控制电路板1采用型号为MSP43H49 单片机，是整个控制的核心，负责命令的发送、数据采集、数据处理以及与上位机的通信功能，采用低功耗单片机来实现。如图3所示，控制电路板1包括控制模块，其输出端分别与激发光源7和参考光源3的输入端连接，用于控制光源的工作状态，控制激发光源7和参考光源3按照不同的时序发射光信号；调制模块，其输出端分别与激发光源7和参考光源3的输入端连接，用于调制光源的频率，使得激发光源7和参考光源3发出的光信号的调制成需要的频率；数据处理模块与接受单元信号连接，数据处理模块的一输入端还与调制模块连接，用于接受调制频率信息， 数据处理模块根据收集的数据，计算出溶解氧浓度。不锈钢腔体9内还安装有温度检测单元，温度检测单元包括紧密贴靠在不锈钢腔体9上的温度探头2，本实施例中温度探头采用热本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种荧光溶解氧在线测量装置，其特征在于，包括不锈钢腔体（９）、和内置于不锈钢腔体（９）内的发射单元、接受单元、荧光膜（５）和控制电路板（１）；其中：发射单元包括激发光源（７）和参考光源（３），激发光源（７）发出的光经过控制电路板（１）的调制汇聚于不锈钢腔体（９）底部的荧光膜（５）上并与荧光膜（５）作用，发出荧光；参考光源（３）经过控制电路板（１）的调制发射出与激发光源（７）同频率参考光信号，汇聚于不锈钢腔体（９）底部的荧光膜（５）上；接收单元，包括光电探测器（４）和设置于光电探测器（４）前的光滤光片（６），荧光信号和参考光信号经过滤光片（６）的过滤后，经光电探测器（４）将光信号转化为电信号；控制电路板（１）的输入端与接收单元连接，接受来自接收单元的电信号，输出端通过防水传输电缆（８）与上位机实现通讯连接，另一输出端与发射单元连接，控制和调制激发光源（７）和参考光源（３）的光信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯巍巍，陈令新，马正，
申请(专利权)人：中国科学院烟台海岸带研究所，
类型：实用新型
国别省市：37