CN112505008A - 一种海洋营养盐多组分监测系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海洋营养盐多组分监测系统及其工作方法，该系统包括远程监控设备和多组分探测装置，多组分探测装置包括微控制单元、光源、网络通信模块、本地存储模块、电源模块和若干个光强检测模块，多组分探测装置获取营养盐的荧光强度、散射光强度，并通过有线网络将营养盐的荧光强度、散射光强度传输给远程监控设备；远程监控设备对多组分探测装置测得的营养盐的荧光强度、散射光强度实时监测收集，分析计算出各营养盐的含量，从而衡量海洋水质营养化程度。该系统能够在同一仪器内实现多种海洋营养盐的探测，且实现了多种营养盐的原位探测；无需复杂的取样、预处理、配置溶液等步骤，操作简便，可现场原位探测。

Description

一种海洋营养盐多组分监测系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种海洋营养盐多组分监测系统及其工作方法,属于海洋水体状况监测领域。

背景技术

近几年来，我国近海海域季节性水华灾害频发，海水中藻类增殖迅速，严重污染了其他海洋生物的生存环境，造成海洋中鱼虾大量死亡，对我国海洋渔业、旅游经济、生态环境等带来不利影响。叶绿素a(Chlorophyll a,Chl a)是所有浮游植物均含有的色素，藻红蛋白(Phycoerythrin,PE)和藻蓝蛋白(phycocyanin,PC)是海洋中重要的捕光色素蛋白，他们均是衡量海洋水质营养化的重要指标，一般情况下海洋中的藻类分布越多时，海水中的营养盐越多。通过对水体中Chl a、PE、PC浓度的立体监测，可反映水体中浮游植物的时间、空间分布、蕴藏量及其变化规律，对水质环境状况进行评价，实现提前捕捉赤潮和水华的发生先兆，从而进行预警和处理。

然而，现有的海洋营养盐检测手段多为人工取样，再将样品带到实验室中利用实验室方法检测，如分光光度法、萃取法等，这些方法需要取样、样品预处理、配制溶液等一系列繁琐的步骤，操作复杂、耗时、无法实时原位测量。利用荧光光谱法制作的测量仪器，可以实现对海洋营养盐浓度的原位测量，其原理是通过一定波长的激发光照射被测海水，海水中的对应营养盐受到激发，发射出较高波长的荧光，对应营养盐含量越多则发射出的荧光强度越强，通过检测荧光强度反应海水中对应营养盐的含量。但是目前海洋营养盐测量仪器结构比较复杂，集成程度低，存在体积较大的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种海洋营养盐多组分监测系统，该系统体积小，能够在同一仪器内实现多种海洋营养盐的探测，且实现了多种营养盐的原位探测。

本发明还提供了上述海洋营养盐多组分监测系统的工作方法。

本发明的技术方案为：

一种海洋营养盐多组分监测系统，包括远程监控设备和多组分探测装置，所述远程监控设备与多组分探测装置相连接；

所述多组分探测装置包括微控制单元、光源、网络通信模块、本地存储模块、电源模块和若干个光强检测模块，所述网络通信模块、光源、光强检测模块、电源模块、本地存储模块均与微控制单元相连接；

所述光源发射出若干种波长的激发光，激发海水中的营养盐产生荧光和散射光；所述光强检测模块检测光源照射海水中的营养盐发射出的荧光强度和散射光强度，并将荧光强度和散射光强度转换为数字信号传输给微控制单元；所述本地存储模块用于将微控制单元获得营养盐的荧光强度、散射光强度进行存储；所述网络通信模块从微控制单元获取营养盐的荧光强度、散射光强度，并通过线缆将营养盐的荧光强度、散射光强度传输给远程监控设备；所述远程监控设备对多组分探测装置测得的营养盐的荧光强度、散射光强度实时监测收集，分析计算出各营养盐的含量，从而衡量海洋水质营养化程度。

根据本发明优选的，所述多组分探测装置还包括密封舱体，微控制单元、网络通信模块、本地存储模块、电源模块均安装在密闭舱体的内部，所述光源和光强检测模块安装在密封舱体的一端，光源安装在密封舱体的中心，光强检测模块围绕光源成圆周均匀分布，且光源安装面为一个平面，光强检测模块的安装面为一个内凹曲面。

根据本发明优选的，所述光源包括驱动调制电路和多管芯LED，所述多管芯LED的中心波长分别为470nm、540nm和600nm；所述驱动调制电路用于驱动多管芯LED发射470nm、540nm和600nm中任一种波长的激发光；

多管芯LED包括四根引脚，一根引脚为公共端，其余三根引脚分别为470nm控制引脚、540nm控制引脚和600nm控制引脚；当公共端引脚和对应波长的控制引脚使能后，多管芯LED发射对应波长的激发光。

470nm、540nm、600nm三种波长分别是叶绿素a、藻红蛋白、藻蓝蛋白的荧光激发峰，选用叶绿素a，藻红蛋白，藻蓝蛋白的荧光激发峰值波长有利于提高被测物发射出的荧光强度。

多管芯LED可以发出定制好的多个波长的单色光，其体积却只有一个单色LED的大小，因此使用多管芯LED作为光源可以进一步减小仪器的体积；同时，与氙灯相比驱动电压更小、体积更小。

根据本发明优选的，所述光强检测模块包括三组光强检测单元，三组光强检测单元成圆周均匀分布在光强检测模块的安装面上，每组光强检测单元均包括第一光强检测单元和第二光强检测单元，且第一光强检测单元和第二光强检测单元关于圆心对称分布，第一光强检测单元用于检测光源照射海水中的营养盐发射出的荧光强度；第二光强检测单元用于检测光源照射海水发射出的散射光强度。

根据本发明优选的，所述第一光强检测单元和第二光强检测单元包括由外到内依次设置的窄带滤光片、透镜、光数字传感器，光源照射到海水后产生的荧光和散射光先经过窄带滤光片进行滤波干扰光，再经过透镜的汇聚到光数字传感器，光数字传感器将荧光信号、散射光信号转换为数字信号，并将数字信号传输给微控制单元；

在第一组光强检测单元中，第一光强检测单元中窄带滤光片的中心波长为690±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；第二光强检测单元中窄带滤光片的中心波长为470±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；

在第二组光强检测单元中，第一光强检测单元中窄带滤光片的中心波长为570±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；第二光强检测单元中窄带滤光片的中心波长为540±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；

在第三组光强检测单元中，第一光强检测单元中窄带滤光片的中心波长为648±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；第二光强检测单元中窄带滤光片的中心波长为600±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；

690±2nm、570±2nm、648±2nm三种窄带滤光片的中心波长对应叶绿素a，藻红蛋白，藻蓝蛋白的发射峰值处，发射峰值处的荧光强度最大，便于后续的荧光收集和数字量转换，相比检测发射光谱中非发射峰处波长的光强的方案可以提高仪器的检测下限及灵敏度。

进一步优选的，光数字传感器的型号为OPT3002。

根据本发明优选的，所述远程监控设备安装在海洋探测船上，所述多组分探测装置投放到待测海域的海水中。

根据本发明优选的，所述微控制单元为STM32L475单片机。该型号的单片机具有低功耗的优点。

根据本发明优选的，所述网络通信模块的芯片型号为W5500。

根据本发明优选的，所述本地存储模块的存储器件为SD卡，本地存储模块与微控制单元间的通信协议为SDIO。

上述海洋营养盐多组分监测系统的工作方法，包括：

(1)搭载有所述海洋营养盐多组分监测系统的海洋探测船行驶至待测海域，将多组分探测装置下放到待测海域目标水深处，并启动所述海洋营养盐多组分监测系统；

(2)多组分探测装置中的微控制单元控制光源的多管芯LED发出470nm、540nm和600nm中的任一种波长的激发光照射海水，从而激发海水中的营养盐产生荧光和散射光；光强检测模块检测被测营养盐发射出的荧光强度、散射光强度，并将并将荧光强度和散射光强度转换为数字信号传输给微控制单元；微控制单元将荧光强度、散射光强度通过网络通信模块传输给远程监控设备，所述远程监控设备对多组分探测装置测得的营养盐的荧光强度、散射光强度实时监测收集，将测得的营养盐的荧光强度、散射光强度带入提前测量标定的营养盐浓度与荧光强度散射光强度的公式：F＝KI₀c，F为荧光强度，K为常数，I₀为散射光强，c为溶液浓度；得出的营养盐含量，并在远程监控设备中存储记录，从而完成一种营养盐含量的检测；

(3)重复步骤(2)，微控制单元驱动光源的多管芯LED发出470nm、540nm和600nm中的其他两种波长的激发光探测其他种类营养盐的含量，从而完成待测海域海水中多种营养盐的探测。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供的一种海洋营养盐多组分监测系统及其工作方法，能够在同一仪器内实现多种海洋营养盐的探测，且实现了多种营养盐的原位探测；与传统的取样后在实验室分析方案相比较，本发明无需复杂的取样、预处理、配置溶液等步骤，操作简便，可现场原位探测。

2.本发明提供的一种海洋营养盐多组分监测系统中，多管芯LED、光数字传感器等的体积都非常小，且选用本发明优选的光数字传感器而不用常见的光电二极管、光电倍增管，内部集成了光电转换数字转换电路，电路体积更小。

3.本发明提供的一种海洋营养盐多组分监测系统及其工作方法，可以控制调节LED光源发出激发光，激发不同的藻类发出荧光，根据荧光的强度大小判断海洋中藻类分布情况。

附图说明

图1是本发明提供的一种海洋营养盐多组分监测系统的结构示意图；

图2是本发明提供的多组分探测装置的原理框图；

图3是多管芯LED和光强检测模块中的光路结构示意图；

图4是本发明中多组分探测装置的整体结构示意图。

1、远程监控设备，2、多组分探测装置，3、微控制单元，4、光源，5、光强检测模块，6、网络通信模块，7、本地存储模块，8、电源模块，9、窄带滤光片，10、透镜，11、光数字传感器,12、第一光强检测单元，13、多管芯LED，14、第二透镜,15、待测样品，16、第二光强检测单元。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1

一种海洋营养盐多组分监测系统，如图1和图2所示，包括远程监控设备1和多组分探测装置2，远程监控设备1通过线缆与多组分探测装置2相连接；

多组分探测装置2包括微控制单元3、光源4、网络通信模块6、本地存储模块7、电源模块8和若干个光强检测模块5，网络通信模块6、光源4、光强检测模块5、电源模块8、本地存储模块7均与微控制单元3相连接；

光源4发射出若干种波长的激发光，激发海水中的营养盐产生荧光和散射光；光强检测模块5检测光源4照射海水中的营养盐发射出的荧光强度和散射光强度，并将荧光强度和散射光强度转换为数字信号传输给微控制单元3；本地存储模块7用于将微控制单元3获得营养盐的荧光强度、散射光强度进行存储；网络通信模块6从微控制单元3获取营养盐的荧光强度、散射光强度，并通过线缆将营养盐的荧光强度、散射光强度传输给远程监控设备1；远程监控设备1对多组分探测装置2测得的营养盐的荧光强度、散射光强度实时监测收集，分析计算出各营养盐的含量，从而衡量海洋水质营养化程度。

如图3和4所示，多组分探测装置2还包括密封舱体，微控制单元3、网络通信模块6、本地存储模块7、电源模块8均安装在密闭舱体的内部，光源4和光强检测模块5安装在密封舱体的一端，光源4安装在密封舱体的中心，光强检测模块5围绕光源4成圆周均匀分布，且光源4安装面为一个平面，光强检测模块5的安装面为一个内凹曲面。

光源4包括驱动调制电路和多管芯LED13，多管芯LED13的中心波长分别为470nm、540nm和600nm；驱动调制电路用于驱动多管芯LED13发射470nm、540nm和600nm中任一种波长的激发光；

多管芯LED13包括四根引脚，一根引脚为公共端，其余三根引脚分别为470nm控制引脚、540nm控制引脚和600nm控制引脚；当公共端引脚和对应波长的控制引脚使能后，多管芯LED13发射对应波长的激发光。

470nm、540nm、600nm三种波长分别是叶绿素a、藻红蛋白、藻蓝蛋白的荧光激发峰，选用叶绿素a，藻红蛋白，藻蓝蛋白的荧光激发峰值波长有利于提高被测物发射出的荧光强度。

多管芯LED13可以发出定制好的多个波长的单色光，其体积却只有一个单色LED的大小，因此使用多管芯LED13作为光源4可以进一步减小仪器的体积；同时，与氙灯相比驱动电压更小、体积更小。

本实施例中，光强检测模块5包括三组光强检测单元，三组光强检测单元成圆周均匀分布在光强检测模块5的安装面上，每组光强检测单元均包括第一光强检测单元12和第二光强检测单元16，且第一光强检测单元12和第二光强检测单元16关于圆心对称分布，第一光强检测单元12用于检测光源4照射海水中的营养盐发射出的荧光强度；第二光强检测单元16用于检测光源4照射海水发射出的散射光强度。

第一光强检测单元12和第二光强检测单元16包括由外到内依次设置的窄带滤光片9、透镜10、光数字传感器11，光源4照射到海水后产生的荧光和散射光先经过窄带滤光片9进行滤波干扰光，再经过透镜10的汇聚到光数字传感器11，光数字传感器11将荧光信号、散射光信号转换为数字信号，并将数字信号传输给微控制单元3；本实施例中，待测样品15为待测海域的海水。

在第一组光强检测单元中，第一光强检测单元12中窄带滤光片9的中心波长为690±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；第二光强检测单元16中窄带滤光片9的中心波长为470±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；

在第二组光强检测单元中，第一光强检测单元12中窄带滤光片9的中心波长为570±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；第二光强检测单元16中窄带滤光片9的中心波长为540±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；

在第三组光强检测单元中，第一光强检测单元12中窄带滤光片9的中心波长为648±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；第二光强检测单元16中窄带滤光片9的中心波长为600±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；

690±2nm、570±2nm、648±2nm三种窄带滤光片9的中心波长对应叶绿素a，藻红蛋白，藻蓝蛋白的发射峰值处，发射峰值处的荧光强度最大，便于后续的荧光收集和数字量转换，相比检测发射光谱中非发射峰处波长的光强的方案可以提高仪器的检测下限及灵敏度。一个装置可实现三种营养盐含量的检测，方便快捷。

其中，光数字传感器11的型号为OPT3002。

远程监控设备1安装在海洋探测船上，多组分探测装置2投放到待测海域的海水中。

本实施例中，微控制单元3为STM32L475单片机。该型号的单片机具有低功耗的优点。

本实施例中，网络通信模块6的芯片型号为W5500。

本实施例中，本地存储模块7的存储器件为SD卡，本地存储模块7与微控制单元3间的通信协议为SDIO。

实施例2

实施例1提供的一种海洋营养盐多组分监测系统的工作方法，包括：

(1)搭载海洋营养盐多组分监测系统的海洋探测船行驶至待测海域，将多组分探测装置2下放到待测海域目标水深处，并启动海洋营养盐多组分监测系统；

(2)多组分探测装置2中微控制单元3控制光源4发出470nm的光照射海水，从而激发海水中的营养盐叶绿素a产生荧光和散射光；光强检测模块5检测被测营养盐发射出的荧光强度、散射光强度，并将并将荧光强度和散射光强度转换为数字信号传输给微控制单元3；微控制单元3将荧光强度、散射光强度通过网络通信模块6传输给远程监控设备1，远程监控设备1对多组分探测装置2测得的营养盐的荧光强度、散射光强度实时监测收集，将测得的营养盐的荧光强度、散射光强度带入提前测量标定的叶绿素a含量与荧光强度散射光强度的公式：F＝KI₀c，F为荧光强度，K为常数，I₀为散射光强，c为溶液浓度，得出的叶绿素a含量，并在远程监控设备1中存储记录，从而完成叶绿素a含量的检测；

(3)重复步骤(2)微控制单元3相继而驱动光源4发出540nm和600nm波长的光探测营养盐藻红蛋白和藻蓝蛋白的含量，完成待测海域海水中多种营养盐的探测。

对不同营养盐的具体探测过程如下：

对海水中叶绿素a的含量的测量：微控制单元3使能光源4中多管芯LED13的公共端引脚和470nm控制引脚，使多管芯LED13发出波长为470nm的激发光经过第二透镜14照射待测海域海水，待测海域海水中的叶绿素a受激发光激发，发射出高于470nm的荧光信号，该荧光信号在690nm处有一峰值；在第一组光强检测单元中，第一光强检测单元12检测690nm处的荧光强度，激发出的荧光依次经过窄带滤光片9滤除干扰光，干扰光包括环境背景光、光源4的光，滤除干扰光后的荧光信号经过透镜10汇聚到光数字传感器11的感光面，光数字传感器11将感光面上的荧光信号转换为数字信号传输给微控制单元3，第一光强检测单元12中窄带滤光片9的中心波长为690±2nm，带宽10nm，透过率大于90％，使得该第一光强检测单元12用于检测海水激发后的荧光强度；

同样地，关于圆心对称分布的第二光强检测单元16检测470nm激发光照射到待测海水后发出的散射光，散射光经过透镜10汇聚到光数字传感器11的感光面，光数字传感器11将感光面上的散射光转换为数字量传输给微控制单元3；第二光强检测单元16中窄带滤光片9的中心波长为470±2nm，带宽10nm，透过率大于90％，使得该第二光强检测单元16用于检测海水激发后的散射光强度。

通过窄带滤光片9进行限定，关于圆心对称分布的第一组光强检测单元实现第一光强检测单元12只检测荧光信号(不受散射光的影响)，第二光强检测单元16只检测散射光信号(不受荧光的影响)。因荧光峰值波长与散射光波长差值较大，选用合适中心透过波长的窄带滤光片9即可大幅度减少二者间的干扰。即检测一种营养盐的两个关于圆心对称分布的光强检测模块5中所安装的窄带滤光片9中心波长并不相同，且带宽越小减少相互干扰的效果越好。

微控制单元3将测量叶绿素a含量的一组荧光强度、散射光强度数据经网络通信模块6通过有线网络传输给远程监控设备1，远程监控设备1将所测荧光强度、散射光强度套入提前测量标定分析出的叶绿素a含量与荧光强度散射光强度模型得出的叶绿素a含量在远程监控设备1中存储记录，同时微控制单元3将光强检测模块5测得的荧光强度、散射光强度存储到SD卡中，作为网络通信方案出现数据丢失意外的备用方案。

其中，叶绿素a含量与荧光强度散射光强度模型得到的过程为：配置多组不同浓度的叶绿素a溶液，在实验室进行实验，测量激发光照射下样品发射出的荧光强度大小、散射光强度大小，将叶绿素a溶液浓度与测得的荧光强度、散射光强度作拟合，得到的数学表达式即为叶绿素a含量与荧光强度散射光强度模型；数学表达式为：F＝KI₀c，F为荧光强度，K为常数，I₀为散射光强，c为溶液浓度。

对海水中藻红蛋白含量的测量：微控制单元3使能光源4中多管芯LED13的公共端引脚和540nm控制引脚，使多管芯LED13发出波长为540nm的激发光经过第二透镜14照射待测海域海水，待测海域海水中的藻红蛋白受激发光激发，发射出高于540nm的荧光信号，该荧光信号在570nm处有一峰值；在第二组光强检测单元中，第一光强检测单元12检测570nm处的荧光强度，激发出的荧光依次经过窄带滤光片9滤除干扰光，干扰光包括环境背景光、光源4的光，滤除干扰光后的荧光信号经过透镜10汇聚到光数字传感器11的感光面，光数字传感器11将感光面上的荧光信号转换为数字信号传输给微控制单元3；第一光强检测单元12中窄带滤光片9的中心波长为570±2nm，带宽10nm，透过率大于90％，使得该第一光强检测单元12用于检测海水激发后的荧光强度；

同样地，关于圆心对称分布的第二光强检测单元16检测540nm激发光照射到待测海水后发出的散射光，散射光经过透镜10汇聚到光数字传感器11的感光面，光数字传感器11将感光面上的散射光转换为数字量传输给微控制单元3；第二光强检测单元16中窄带滤光片9的中心波长为470±2nm，带宽10nm，透过率大于90％，使得第二光强检测单元16用于检测海水激发后的散射光强度。

微控制单元3将测量藻红蛋白含量的一组荧光强度、散射光强度数据经网络通信模块6通过有线网络传输给远程监控设备1，远程监控设备1将所测荧光强度、散射光强度套入提前测量标定分析出的藻红蛋白含量与荧光强度散射光强度模型，得出的藻红蛋白含量在远程监控设备1中存储记录，同时微控制单元3将光强检测模块5测得的荧光强度、散射光强度存储到SD卡中，作为网络通信方案出现数据丢失意外的备用方案。其中藻红蛋白含量与荧光强度散射光强度模型参照叶绿素a含量与荧光强度散射光强度模型得到的方法。

对海水中藻蓝蛋白含量的测量：微控制单元3使能光源4中多管芯LED13的公共端引脚和600nm控制引脚，使多管芯LED13发出波长为600nm的激发光经过第二透镜14照射待测海域海水，待测海域海水中的藻红蛋白受激发光激发，发射出高于600nm的荧光信号，该荧光信号在648nm处有一峰值；在第三组光强检测单元中，第一光强检测单元12检测648nm处的荧光强度，激发出的荧光依次经过窄带滤光片9滤除干扰光，干扰光包括环境背景光、光源4的光，滤除干扰光后的荧光信号经过透镜10汇聚到光数字传感器11的感光面，光数字传感器11将感光面上的荧光信号转换为数字信号传输给微控制单元3；其中窄带滤光片9的中心波长为648±2nm，带宽10nm，透过率大于90％，使得该第一光强检测单元12用于检测海水激发后的荧光强度；

同样地，关于圆心对称分布的第二光强检测单元16检测540nm激发光照射到待测海水后发出的散射光，散射光经过透镜10汇聚到光数字传感器11的感光面，光数字传感器11将感光面上的散射光转换为数字量传输给微控制单元3；其中窄带滤光片9的中心波长为600±2nm，带宽10nm，透过率大于90％，使得第二光强检测单元16用于检测海水激发后的散射光强度。

微控制单元3将测量藻红蛋白含量的一组荧光强度、散射光强度数据经网络通信模块6通过有线网络传输给远程监控设备1，远程监控设备1将所测荧光强度、散射光强度套入提前测量标定分析出的藻红蛋白含量与荧光强度散射光强度模型，得出的藻红蛋白含量在远程监控设备1中存储记录，同时微控制单元3将光强检测模块5测得的荧光强度、散射光强度存储到SD卡中，作为网络通信方案出现数据丢失意外的备用方案。其中藻蓝蛋白含量与荧光强度散射光强度模型参照叶绿素a含量与荧光强度散射光强度模型得到的方法。

本发明提供的一种海洋营养盐多组分监测系统及其工作方法，能够在同一仪器内实现多种海洋营养盐的探测，即对叶绿素a、藻蓝蛋白和藻红蛋白三种营养样含量的探测，且实现了营养盐的原位探测；与传统的取样后在实验室分析方案相比较，本发明无需复杂的取样、预处理、配置溶液等步骤，操作简便，可现场原位探测。

Claims (10)

1.一种海洋营养盐多组分监测系统，其特征在于，包括远程监控设备和多组分探测装置，所述远程监控设备与多组分探测装置相连接；

所述多组分探测装置包括微控制单元、光源、网络通信模块、本地存储模块、电源模块和若干个光强检测模块，所述网络通信模块、光源、光强检测模块、电源模块、本地存储模块均与微控制单元相连接；

所述光源发射出若干种波长的激发光，激发海水中的营养盐产生荧光和散射光；所述光强检测模块检测光源照射海水中的营养盐发射出的荧光强度和散射光强度，并将荧光强度和散射光强度转换为数字信号传输给微控制单元；所述本地存储模块用于将微控制单元获得营养盐的荧光强度、散射光强度进行存储；所述网络通信模块从微控制单元获取营养盐的荧光强度、散射光强度，并通过线缆将营养盐的荧光强度、散射光强度传输给远程监控设备；所述远程监控设备对多组分探测装置测得的营养盐的荧光强度、散射光强度实时监测收集，分析计算出各营养盐的含量，从而衡量海洋水质营养化程度。

2.根据权利要求1所述的一种海洋营养盐多组分监测系统，其特征在于，所述多组分探测装置还包括密封舱体，微控制单元、网络通信模块、本地存储模块、电源模块均安装在密闭舱体的内部，所述光源和光强检测模块安装在密封舱体的一端，光源安装在密封舱体的中心，光强检测模块围绕光源成圆周均匀分布，且光源安装面为一个平面，光强检测模块的安装面为一个内凹曲面。

3.根据权利要求1所述的一种海洋营养盐多组分监测系统，其特征在于，所述光源包括驱动调制电路和多管芯LED，所述多管芯LED的中心波长分别为470nm、540nm和600nm；所述驱动调制电路用于驱动多管芯LED发射470nm、540nm和600nm中任一种波长的激发光；

多管芯LED包括四根引脚，一根引脚为公共端，其余三根引脚分别为470nm控制引脚、540nm控制引脚和600nm控制引脚；当公共端引脚和对应波长的控制引脚使能后，多管芯LED发射对应波长的激发光。

4.根据权利要求1所述的一种海洋营养盐多组分监测系统，其特征在于，所述光强检测模块包括三组光强检测单元，三组光强检测单元成圆周均匀分布在光强检测模块的安装面上，每组光强检测单元均包括第一光强检测单元和第二光强检测单元，且第一光强检测单元和第二光强检测单元关于圆心对称分布，第一光强检测单元用于检测光源照射海水中的营养盐发射出的荧光强度；第二光强检测单元用于检测光源照射海水发射出的散射光强度。

5.根据权利要求4所述的一种海洋营养盐多组分监测系统，其特征在于，所述第一光强检测单元和第二光强检测单元包括由外到内依次设置的窄带滤光片、透镜、光数字传感器，光源照射到海水后产生的荧光和散射光先经过窄带滤光片进行滤波干扰光，再经过透镜的汇聚到光数字传感器，光数字传感器将荧光信号、散射光信号转换为数字信号，并将数字信号传输给微控制单元；

在第一组光强检测单元中，第一光强检测单元中窄带滤光片的中心波长为690±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；第二光强检测单元中窄带滤光片的中心波长为470±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；

在第二组光强检测单元中，第一光强检测单元中窄带滤光片的中心波长为570±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；第二光强检测单元中窄带滤光片的中心波长为540±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；

在第三组光强检测单元中，第一光强检测单元中窄带滤光片的中心波长为648±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；第二光强检测单元中窄带滤光片的中心波长为600±2nm，带宽10nm，透过率大于90％；

进一步优选的，光数字传感器的型号为OPT3002。

6.根据权利要求1所述的一种海洋营养盐多组分监测系统，其特征在于，所述远程监控设备安装在海洋探测船上，所述多组分探测装置投放到待测海域的海水中。

7.根据权利要求1所述的一种海洋营养盐多组分监测系统，其特征在于，所述微控制单元为STM32L475单片机。

8.根据权利要求1所述的一种海洋营养盐多组分监测系统，其特征在于，所述网络通信模块的芯片型号为W5500。

9.根据权利要求1所述的一种海洋营养盐多组分监测系统，其特征在于，所述本地存储模块的存储器件为SD卡，本地存储模块与微控制单元间的通信协议为SDIO。

10.如权利要求1-9任一项所述的海洋营养盐多组分监测系统的工作方法，其特征在于，包括：

(1)搭载有所述海洋营养盐多组分监测系统的海洋探测船行驶至待测海域，将多组分探测装置下放到待测海域目标水深处，并启动所述海洋营养盐多组分监测系统；

(2)多组分探测装置中的微控制单元控制光源的多管芯LED发出470nm、540nm和600nm中的任一种波长的激发光照射海水，从而激发海水中的营养盐产生荧光和散射光；光强检测模块检测被测营养盐发射出的荧光强度、散射光强度，并将并将荧光强度和散射光强度转换为数字信号传输给微控制单元；微控制单元将荧光强度、散射光强度通过网络通信模块传输给远程监控设备，所述远程监控设备对多组分探测装置测得的营养盐的荧光强度、散射光强度实时监测收集，将测得的营养盐的荧光强度、散射光强度带入提前测量标定的营养盐浓度与荧光强度散射光强度的公式：F＝KI₀c，F为荧光强度，K为常数，I₀为散射光强，c为溶液浓度；得出的营养盐含量，并在远程监控设备中存储记录，从而完成一种营养盐含量的检测；

(3)重复步骤(2)，微控制单元驱动光源的多管芯LED发出470nm、540nm和600nm中的其他两种波长的激发光探测其他种类营养盐的含量，从而完成待测海域海水中多种营养盐的探测。

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