CN100590422C - 水体污染激光诱导荧光遥测方法 - Google Patents

水体污染激光诱导荧光遥测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水体污染激光诱导荧光遥测方法，其特征在于由Nd:YAG激光器三倍频得到355nm的激发光脉冲，照射到被测物污染水体的表面，被测物激发出的荧光由接收望远镜接收，在接收望远镜的出光口焦点处安装多束光纤，在光纤的输出端分别安装不同波段的滤光片，滤光片后安装有光电倍增管，将荧光信号转换成相应的电信号，光电倍增管由门控装置触发，分别接收荧光信号和环境背景光信号，光电倍增管输出的电流信号输入到时间门电流积分电路完成电流电压转换；使得光电倍增管只是在激发光之后地很短地时间内完成荧光信号的电流转换和环境光信号的电流转换。

Description

水体污染激光诱导荧光遥测方法
技术领域
本发明属于激光测量领域，具体是一种紫外激光诱导荧光测量水体污染的方法。
背景技术
物质受到光照射时会发出荧光，不同的物质有其特定的荧光光谱特征。荧光光谱特征可以鉴别被激发物质的种类和浓度。利用这种原理，可以实现水体污染的遥测。
现有技术紫外激光诱导荧光测量水体污染的方法，是采用Nd:YAG激光器的三倍频355nm波长激发光，脉冲重复频率为10Hz。通过Cassegrain望远镜接收水体的后向散射荧光信号，发射接收采用同轴方式，经光纤耦合入单色仪后由光电倍增管(PMT)转换为电信号由数据采集卡采集送PC机进行数据处理，得到荧光光谱信号。荧光信号与激发光强度、被测污染物质浓度、激发光与被测物质的距离、环境光强度等有关，为了实现定量分析被测污染物质浓度，需要消除环境光强度变化、激发光强度变化、以及激发光与被测物质距离变化等因素对荧光强度的影响。其中激发光强度、激发光与被测物质距离变化等影响因素通过应用被测物质拉曼信号强度归一化荧光信号得到较好的解决。在遥测系统中环境光强度的变化对荧光强度的影响没有得到很好的解决，现有测量系统只能在室内进行或者是在系统装有水样采集部分。不能满足室外遥测的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述水体污染测量中环境光强度变化对荧光强度的影响。在激光诱导荧光测量系统中，通常采用光电倍增管探测荧光信号，由于采用脉冲激光进行激发，因此荧光信号也是脉冲的，只是在很短的时间里存在。因此，在光电转换中采用时间门技术可以有效的降低除荧光信号以外的环境光的影响，提高荧光信号探测的精度。在时间分辨光学信号检测中采用的多通道门控光电倍增管不仅结构复杂，而且价格昂贵。本发明的内容是提出一种新的延迟时间可控的快速PMT门控高压实现方法，在荧光信号检测系统中使用常规的光电倍增管实现脉冲荧光信号的精确检测。
本发明的目的是提出一种新的延迟时间可控的快速门控高压实现方法，不仅用于控制常规的光电倍增管阳极实现脉冲荧光信号的光电转换，而且用于控制倍增管输出电流的门控积分。
水体污染激光诱导荧光遥测方法，其特征在于由Nd:YAG激光器三倍频得到355nm的激发光脉冲，通过发射望远镜扩束准直，照射到被测物污染水体的表面，被测物激发出的荧光由接收望远镜接收，在接收望远镜的出光口焦点处安装多束光纤，在光纤的输出端分别安装不同波段的滤光片，其中一个为405nm的滤光片，用于检测其中一束光的拉曼信号；其余滤光片根据测量荧光特征选取；滤光片后安装有光电倍增管，将荧光信号转换成相应的电信号，光电倍增管由门控装置触发；测量时，打开激光器的调Q开关，其输出的脉冲信号作为系统的同步信号，激光器发出脉冲激光同时，保持门控装置的门控高压脉冲产生电路处于关闭状态；调Q信号同时触发门控装置的门控高压脉冲产生电路，产生两个宽度相同、时间间距为几个微秒的高压脉冲打开光电倍增管，第一个高压脉冲打开光电倍增管接收荧光信号；第二个高压脉冲打开光电倍增管接收环境背景光信号，光电倍增管输出的电流信号输入到时间门电流积分电路完成电流电压转换；使得光电倍增管只是在激发光之后地很短地时间内完成荧光信号的电流转换和环境光信号的电流转换。
所述的光纤束前安装有光栏与光束准直器。
本发明的主要特点在于：1、脉冲持续时间可调的快速高压脉冲触发电路；2、时间门积分器；3、门控光电倍增管和环境背景光信号的检测有效地去除荧光信号中的背景光信号；4、拉曼信号和荧光特征信号的同时检测。
本发明解决了室外激光诱导荧光遥测信号检测受到环境光强度变化的影响问题。为利用激光诱导荧光信号定量反演污染物浓度提供了可靠的原始数据。
附图说明
图1为本发明原理框图。
具体实施方式
参见图1。图中标号：
1、激光光源系统
2、光束反射系统
3、扩束系统
4、接收/发射望远镜
5、光栏
6、光束准直器
7、光纤束
8、滤光片
9、光电倍增管
10、光电倍增管高压电源及门控装置
11、时间门电流积分电路
12、为控制、采集处理及显示系统
从图中可以看出本发明的装置部件构成。
水体污染激光诱导荧光遥测方法，是由Nd:YAG激光器三倍频得到355nm的激发光脉冲，通过发射望远镜扩束准直，照射到被测物--被污染水体的表面，水体激发出的荧光由接收望远镜接收，在接收望远镜的出光口焦点处安装三束束光纤，在光纤的输出端分别安装三个不同波段的滤光片，其中一个为405nm的滤光片，用于检测其中一束光的拉曼信号，；其余滤光片根据测量荧光特征选取；每个滤光片后安装有一个光电倍增管，将荧光信号转换成相应的电信号，光电倍增管由门控装置触发；测量时，打开激光器的调Q开关，其输出的脉冲信号作为系统的同步信号，激光器发出脉冲激光，保持门控装置的门控高压脉冲处于关闭状态；调Q信号同时触发光电倍增管上的门控装置的高压脉冲产生电路，产生两个宽度相同、时间间隔几个微秒的高压脉冲打开光电倍增管，分别接收荧光信号和环境背景光信号，三束光信号分别输入到三个时间门电流积分电路；使得光电倍增管只是在门控脉冲内进行光信号的电流转换。
第一个高压脉冲打开光电倍增管接收荧光信号；第二个高压脉冲打开光电倍增管接收环境背景光信号，光电倍增管输出的电流信号输入到时间门电流积分电路完成电流电压转换；使得光电倍增管只是在激发光之后地很短地时间内完成荧光信号的电流转换和环境光信号的电流转换。
所述的光纤束前安装有光栏与光束准直器。

Claims (1)

1、水体污染激光诱导荧光遥测方法，其特征在于由Nd:YAG激光器三倍频得到355nm的激发光脉冲，通过发射望远镜扩束准直，照射到被测物污染水体的表面，被测物激发出的荧光由接收望远镜接收，在接收望远镜的出光口焦点处安装多束光纤，在光纤的输出端分别安装不同波段的滤光片，其中一个为405nm的滤光片，用于检测其中一束光的拉曼信号；其余滤光片根据测量荧光特征选取；每个滤光片后安装有一个光电倍增管，将荧光信号转换成相应的电信号，光电倍增管由门控装置触发；测量时，打开激光器的调Q开关，其输出的脉冲信号作为系统的同步信号，激光器发出脉冲激光同时，保持门控装置的门控高压脉冲产生电路处于关闭状态；调Q信号同时触发门控装置的门控高压脉冲产生电路，产生两个宽度相同、时间间距为几个微秒的高压脉冲打开光电倍增管，第一个高压脉冲打开光电倍增管接收荧光信号；第二个高压脉冲打开光电倍增管接收环境背景光信号，光电倍增管输出的电流信号输入到时间门电流积分电路完成电流电压转换；使得光电倍增管只是在门控脉冲内进行荧光信号的电流转换和环境背景光信号的电流转换。
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