CN102095706B - 一种浸入式光纤荧光浮游植物测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浸入式光纤荧光浮游植物测量系统，包括激发单元、荧光接收单元、数据采集与控制单元；所述激发单元包括激光器(1)、传导光纤(3)；所述荧光接收单元包括水下浸入模块(4)、探测光纤(2)、滤光片(10)、光电转换模块(6)；所述数据采集与控制单元包括计算机(9)、数据采集模块(8)、门控信号模块(7)；整个系统分为水下和水上两部分。本发明结构紧凑、体积小、灵敏度高、具有极强的抗电磁干扰能力且维护方便。可以完成不同深度下水体浮游植物的在线测量，从而实现对浮游植物含量的立体测量，可以广泛应用于浮游植物浓度的快速、实时监测。
Description
技术领域：
本发明专利涉及检测设备，具体说是一种浮游植物在线测量装置。
技术背景：
伴随着国民经济的高速发展，我国的海洋环境水体水质也遭受到了严重的破坏，水体富营养化逐年加重，给生态环境和人民健康带来了危害，严重影响了海洋资源的可持续发展利用。浮游植物的含量是影响水质的重要因素，因此，监测海洋水体中的微藻特别是浮游植物藻类的浓度变化情况，对掌握日益严重的“赤潮”“水华”现象的形成机制，及时了解和掌握海洋水体的水质动态，为相关部门提供有效的预报/预警信息具有重要意义。目前，尤为缺少对大面积水域中的藻类种类、浓度的时间和空间变化情况进行实时、快速、准确预报的监测技术。与发达国家相比，我国深海海洋环境探测、传感技术总体也是落后的，缺乏价格合理、可分析参数全面精确的自主知识产权的传感分析仪器，这种局面严重制约了对近海海洋和深海海域水环境的探测。
目前对浮游植物浓度的分类检测只能在实验室利用高效液相色谱法(HPLC)或者显微计数法的困境，需要进行样品取样，然后进行实验室分析，步骤的烦琐，成本高，难以满足了现代环境监测实时、快速的要求。
浸入式光纤荧光浮游植物在线测量技术与装置避免了上述方法的缺点，可以快速、实时了解浮游植物的时空分布特点与规律，提高环境部门对水体浮游植物的监测技术水平，为有效预防大面积水体“赤潮”、“蓝藻”等海洋水体污染提供有力的技术支撑。
发明内容：
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种水下部分不需要电子元件的高可靠性浸入式浮游植物在线测量系统。利用浮游植物浓度反演算法：浮游植物中的主要成分是叶绿素，叶绿素在激光激发下会发出荧光，探测的荧光信号与激发激光波长、接收波长以及叶绿素浓度有关；在一定浓度范围内，叶绿素浓度与荧光强度存在线性关系。利用叶绿素产生的荧光信号，可反映浮游植物的浓度。
具体方案如下：
一种浸入式光纤荧光浮游植物测量系统，包括激发单元、荧光接收单元、数据采集与控制单元；
所述激发单元包括激光器1、传导光纤3；
所述荧光接收单元包括水下模块4、探测光纤2、滤光片10、光电转换模块6；
所述数据采集与控制单元包括计算机9、数据采集模块8、门控信号模块7；
其中：
计算机9为上位机，用于数据的采集处理显示存储及对整个系统的控制；
激光器1为激光光源，在上位机计算机9控制下发出脉冲激光，激光通过传导光纤3传输到水下模块4；
水下模块4中由传导光纤3传导来的激光用来激发水体中的浮游植物发出荧光，在光学积分体中经过多次反射，进入到探测光纤2，完成对荧光信号的快速采集，经过光纤2传输至滤光片10；
滤光片10用来滤掉杂散信号；
光电转换模块6用来将光信号转换为电信号；
数据采集模块8用来采集数据；
门控模块8用来控制数据采集模块8、计算机9的采集与处理。
为取得更好的技术效果，所述光电转换模块6为光电倍增管，所述数据采集与控制单元还包括高压控制模块5，所述高压控制模块5通过倍增管的门控信号，自动调整电压，实现增益自动调整。
所述水下模块包括4基体400、吊环401、顶部模块402、顶部螺栓403、顶部螺栓404、探测光纤2、传导光纤3、石英玻璃407、底部螺栓408、底部螺栓409、配重块.410、光学积分体411；所述吊环401设置在顶部模块402上部，所述顶部模块402通过顶部模块402、顶部螺栓403固定在水下模块的基体400上部，所述配重块.410通过底部螺栓408、底部螺栓409固定在基体400下部，在基体400的中间部分设置横向的孔413与贯通基体400上下端面的通孔414交叉，在孔413的底部设置光学积分体411，在孔的上部设置探测光纤2、传导光纤3、石英玻璃407。
所述激发光源1所发射的激光的中心波长优选为532nm，接收波长为685nm；
本发明也可选其它激发光源，例如中心波长355nm等。
所述滤光片10优先采用中心波长为685nm的窄带滤光片。
本发明的优点是：
1、水下信号的传输采用光纤，水下部分无电子元器件，可靠性高；
2、采用浸入式结构，可以测量不同深度的浮游植物浓度测量；
3、激发光源为激光光源，保证了激发能量，提高了信噪比；
4、采样中使用时间选通门控技术，选择适当的门控时间可以有效获取海水浮游植物的荧光信号，极大降低背景信号的干扰，提高信噪比。
发明效果：
在线式浮游植物现场测量系统，采用激光作为激发光源，采用光纤作为水下信号传输手段，可以实现不同深度浮游植物的浓度实时监测。灵敏度高、可靠性高，可以为环境监测进行水体浮游植物监测提供有力的技术参考。
附图说明：
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是水下浸入模块的结构示意图；
图3是测量系统的工作流程框图。
具体实施方式
如图1所示，包括激发单元、荧光接收单元、数据采集与控制单元；
所述激发单元包括激光器1、传导光纤3；
所述荧光接收单元包括水下浸入模块4、探测光纤2、滤光片10、光电转换模块6；
所述数据采集与控制单元包括计算机9、数据采集模块8、门控信号模块7；
其中：
计算机9为上位机，用于数据的采集处理显示存储及对整个系统的控制；
激光器1为激光光源，在上位机计算机9控制下发出脉冲激光，激光通过传导光纤3传输到水下模块4；
水下模块4中由传导光纤3传导来的激光用来激发水体中的浮游植物发出荧光，在光学积分体中经过多次反射，进入到探测光纤2，完成对荧光信号的快速采集，经过光纤2传输至滤光片10；
滤光片10用来滤掉杂散信号；
光电转换模块6用来将光信号转换为电信号，可采用光电倍增管或光电池，本发明采用的是滨松光电倍增管(型号CR131)；
数据采集模块8用来采集数据，采用的是数据采集卡，本发明采用的是研华ISA总线采集卡(型号PCL-711S)。
门控模块7用来控制数据采集模块8、计算机9的采集与处理；当计算机控制激光器发出脉冲激光后，经过一定时间延迟(10个ms)，发出门控信号，采集模块8与计算机9开始信号采集，完成对荧光信号的高速采样。
所述光电转换模块6为光电倍增管，所述数据采集与控制单元还包括高压控制模块5，所述高压控制模块根据采集信号大小，自动调整电压，实现增益自动调整。当探测信号较弱时，输出电压值较小，不利于采样量化，计算机会自动根据光电转换模块6输出信号，通过高压控制模块5来调整来增大高压输出，提高信号电压输出。反之，当探测信号较弱时，输出信号信号太大，倍增管容易饱和，则通过高压控制模块5来调整来降低高压输出，保护倍增管。
如图2所示，水下模块包括4基体400、吊环401、顶部模块402、顶部螺栓403、顶部螺栓404、石英玻璃407、底部螺栓408、底部螺栓409、配重块.410、光学积分体411；所述吊环401设置在顶部模块402上部，所述顶部模块402通过顶部模块402、顶部螺栓403固定在水下模块的基体400上部，所述配重块.410通过底部螺栓408、底部螺栓409固定在基体400下部，在基体400的中间部分设置横向的孔413与贯通基体400上下端面的通孔414交叉，在孔413的底部设置光学积分体411，在孔的上部设置探测光纤2、传导光纤3、石英玻璃407。
激发光源1所发射的激光的中心波长为532nm，接收波长为685nm。也可选其它激发光源，例如中心波长355nm等
滤光片10采用中心波长为685nm的窄带滤光片。
如图3所示，本发明的原理是：首先仪器进行初始化，完成系统自检。一路信号为采集信号，在计算机控制下，激光器发成脉冲激光，经过传导光纤进入水下模块。激光与水体中的浮游植物相互作用发出荧光，荧光在光学积分体中经过多次反射，进入到探测光纤，荧光信号经过滤光片，然后通过光电转换模块完成光电转换，通过数据采集模块完成对荧光信号的快速采集。另一路信号为门控信号，在激光输出之后，经过一定的时间延迟(10ms)，发出门控信号，启动采集卡工作，使用高速采样技术完成对信号的捕捉。本系统的另外一个特征是增益的自动调整，当测量信号过低或过高时，系统可以通过倍增管的高压控制模块，自动调整电压，实现增益自动调整。
Claims (5)
1.一种浸入式光纤荧光浮游植物测量系统，其特征在于：包括激发单元、荧光接收单元、数据采集与控制单元；
所述激发单元包括激光器(1)、传导光纤(3)；
所述荧光接收单元包括水下模块(4)、探测光纤(2)、滤光片(10)、光电转换模块(6)；
所述数据采集与控制单元包括计算机(9)、数据采集模块(8)、门控信号模块(7)；
其中：
计算机(9)为上位机，用于数据的采集处理显示存储及对整个系统的控制；
激光器(1)为激光光源，在上位机计算机(9)控制下发出脉冲激光，激光通过传导光纤(3)传输到水下模块(4)；
水下模块(4)中由传导光纤(3)传导来的激光用来激发水体中的浮游植物发出荧光，在光学积分体中经过多次反射，进入到探测光纤(2)，完成对荧光信号的快速采集，经过光纤(2)传输至滤光片(10)；
滤光片(10)用来滤掉杂散信号；
光电转换模块(6)用来将光信号转换为电信号；
数据采集模块(8)用来采集数据；
门控信号模块(7)用来控制数据采集模块(8)、计算机(9)的采集与处理；
所述水下模块(4)包括基体(400)、吊环(401)、顶部模块(402)、顶部螺栓(403、404)、石英玻璃(407)、底部螺栓(408、409)、配重块(410)、光学积分体(411)；所述吊环(401)设置在顶部模块(402)上部，所述顶部模块(402)通过顶部螺栓(403)固定在水下模块的基体(400)上部，所述配重块(410)通过底部螺栓(408、409)固定在基体(400)下部，在基体(400)的中间部分设置横向的孔(413)与贯通基体(400)上下端面的通孔(414)交叉，在横向的孔(413)的底部设置光学积分体(411)，在横向的孔的上部设置探测光纤(2)、传导光纤(3)、石英玻璃(407)。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于：所述光电转换模块(6)为光电倍增管，所述数据采集与控制单元还包括高压控制模块(5)，所述高压控制模块(5)通过倍增管的门控信号，自动调整电压，实现增益自动调整。
3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于：激光器(1)所发射的激光的中心波长为532nm。
4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于：激光器(1)所发射的激光的中心波长为355nm。
5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于：所述滤光片(10)采用中心波长为685nm的窄带滤光片。
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN1309291A (zh) * | 2001-03-01 | 2001-08-22 | 新疆医科大学 | 利用光纤化学传感器连续测定废水中六价铬含量的方法 |
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| CN201555806U (zh) * | 2009-12-11 | 2010-08-18 | 烟台海岸带可持续发展研究所 | 一种浸入式光纤荧光浮游植物测量系统 |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: YANTAI DONGRUN INSTRUMENT CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: YANTAI INSTITUTE OF COASTAL ZONE RESEARCH, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Effective date: 20130123 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130123 Address after: 264003 Shandong province Yantai city Laishan District show Road No. 1 Patentee after: YANTAI DONGRUN INSTRUMENT Co.,Ltd. Address before: 264003 No. 26, Yinhai Road, Yantai, Shandong Patentee before: Yantai Institute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences |
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| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 264003 Shandong province Yantai city Laishan District show Road No. 1 Patentee after: SHANDONG DONGRUN INSTRUMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 264003 Shandong province Yantai city Laishan District show Road No. 1 Patentee before: Yantai Dongrun Instrument Co.,Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120704 Termination date: 20211211 |