CN115326762B - 一种溶解氧浓度检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种溶解氧浓度检测系统及检测方法，系统包括微控制单元、光源驱动电路、第三模拟开关、参考光光源、激发光光源、荧光膜、滤光片、光电二极管、信号处理器、开关乘法器和模数转换器；整个检测系统由微控制单元通过光源驱动电路和第三模拟开关控制激发光光源和参考光光源。光电二极管接收到光信号经过电流转电压放大以及带通滤波器电路转换得到信号S1，S1通过开关乘法器得到信号S3，再通过偏移电路和模数转换器转换为数字信号送到微控制单元中进行运算最后求出光信号的相位，进而求出溶解氧浓度。本申请提供的溶解氧浓度检测系统及检测方法，通过电路开关乘法器加正交分解方法求解荧光信号相位和幅值，算法简单、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及溶解氧浓度检测技术领域，尤其涉及一种溶解氧浓度检测系统以及检测方法。
背景技术
水中的溶解氧测量在电厂、污水处理、养殖等领域都有广泛的应用，测量溶解氧分为原电池电极法和荧光法，其中荧光法因为其灵敏度高，耗材更换方便，寿命长等优点应用越来越广泛。
荧光法的基本原理是将一定宽度和特定波长如的脉冲激发光照射在荧光膜上，荧光膜会发出特定波长的荧光，氧气会对荧光产生淬灭作用，所以溶解氧浓度会影响荧光的强度和荧光的保持时间。
荧光膜在使用过程中会发生衰减，导致相同的溶解氧浓度下得到荧光强度会发生变化，但荧光信号下降的时间常数不会发生变化，测量荧光信号的时间常数就能排除荧光膜衰减带来的荧光强度变化干扰，大大延长了荧光膜的使用寿命。测量荧光膜的时间常数使用正弦信号驱动激发光光源，使其发出正弦变化的激发光，在光电二极管接收到荧光信号也是正弦信号，因为时间常数存在，使得接收到的信号与驱动信号有一个相位差，检测这个相位差就表征了时间常数，也表征了溶解氧浓度。
目前通常的方法是通过对光电二极管接收信号进行模数转换器(ADC)采样，然后进行对数据进行傅里叶变换，得到荧光信号的相位。此方法对ADC采样率要求高，对处理CPU要求高算法复杂，成本较高。因此我们提出一种新的求解荧光信号相位和溶解氧浓度的系统及方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种溶解氧浓度检测系统及检测方法。
为实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种溶解氧浓度检测系统，包括微控制单元(MCU)、数模转换器(DAC)、光源驱动电路、第三模拟开关、参考光光源、激发光光源、荧光膜、滤光片、光电二极管、信号处理器、开关乘法器和模数转换器(ADC)。
所述数模转换器与所述微控制单元连接，所述微控制单元用于控制检测系统运行，其通过所述光源驱动电路和所述第三模拟开关驱动所述激发光光源和所述参考光光源；所述激发光光源和所述参考光光源均为发光二极管(LED)，所述激发光光源用于发出特定波长的激发光，照射在所述荧光膜上；所述参考光光源发出的参考光的波长与所述荧光膜发出的荧光波长相等，用于避免所述荧光膜发出荧光；所述滤光片对所述荧光膜发出的光信号进行过滤，所述光电二极管用于接收所述滤光片过滤后的光信号，所述信号处理器用于对所述光电二极接收的光信号进行电流转电压放大以及带通滤波器电路处理，所述开关乘法器接收所述信号处理器的信号，并对其进一步处理，所述开关乘法器包括1倍放大电路、-1倍放大电路、第二模拟开关和低通滤波器电路；所述模数转换器通过偏移电路与所述开关乘法器连接，且与所述微控制单元连接，所述模数转换器将模拟信号转换成数字信号送到所述微控制单元中进行运算以求出荧光相位，然后再求得溶解氧浓度。
在一些实施例中，所述荧光膜的激发波长为390-407nm，荧光波长为650nm。
在一些实施例中，所述数模转换器集成在所述微控制单元中。
本申请还提供了一种溶解氧浓度检测方法，包括以下步骤：
(a)微控制单元通过数模转换器发出正弦信号S0，将其送入光源驱动电路并控制第三模拟开关点亮激发光光源，驱动所述激发光光源产生正弦变化的激发光，所述激发光照射在荧光膜上，使所述荧光膜发出荧光信号，所述荧光信号经滤光片过滤后，被光电二极管接入到信号处理器，在所述信号处理器中进行电流转电压放大以及带通滤波器电路处理，获取到荧光正弦信号S1，其中S0＝Asin(wt)，
其中，A是所述光源驱动电路的幅值，B是所述荧光正弦信号S1的幅值，w是频率由正弦信号S0确定，是所述荧光正弦信号S1的相位，由信号处理器带来的固定相移与氧气浓度引起的荧光相位确定，
(b)所述荧光正弦信号S1经开关乘法器处理后得到信号S3，所述开关乘法器包括1倍放大电路，-1倍放大电路，第二模拟开关和低通滤波器电路；
(c)所述信号S3通过偏移电路调整电压后，再通过所述模数转换器转换为数字信号，送入到所述微控制单元中进行运算，可求得相位和荧光信号幅值B；
(d)所述微控制单元控制所述第三模拟开关(9)将所述正弦信号S0送入光源驱动电路，点亮参考光光源，驱动所述参考光光源产生发出参考光，所述参考光的波长是荧光膜发出的荧光波长，照射在所述荧光膜上可避免所述荧光膜发出荧光；得到的相位即为由信号处理器带来的固定相移经计算可以得到荧光相位
(e)求得时间常数τ和溶解氧浓度与荧光相位关系的比例系数K；其中，f为所述激发光的频率；K＝(τ0/τ1-1)/[O2]，τ0为在无氧环境下的时间常数；τ1为在已知浓度[O2]的溶解氧环境下的时间常数；
将比例系数K和τ0存储在所述微控制单元中，再通过测量未知溶解氧浓度下的的荧光相位计算出所述未知溶解氧浓度下的时间常数τ，从而反算出溶解氧的浓度。
在一些实施例中，所述微控制单元通过数模转换器发出一路与所述正弦信号S0频率相位相同的方波信号S_ref0，发出一路与所述正弦信号S0频率相同相位滞后90度的方波信号S_ref90；所述开关乘法器的信号S_Ref由所述微控制单元通过第一模拟开关在所述S_Ref0与所述S_Ref90两个信号中选择，之后经过所述开关乘法器处理，能够获取到0度开关乘法结果S3_0和90度开关乘法结果S3_90；
可求得相位荧光信号幅值B＝sqrt(S3_0^2+S3_90^2)/0.6366。
在一些实施例中，当所述第一模拟开关选择S_Ref0作为开关乘法器的输入信号时，S_Ref＝S_Ref0，其中C是所述方波信号S_Ref的幅值，是常数1，即此时S3计作S3_0；
当所述第一模拟开关选择S_Ref90作为所述开关乘法器输入时，S_Ref＝S_Ref90，此时S3计作S3_90。
在一些实施例中，所述开关乘法器处理的过程为：所述微控制单元控制所述第一模拟开关接入所述方波信号S_ref0或所述方波信号S_ref90，使所述信号S_Ref控制所述第二模拟开关在所述1倍放大电路和-1倍放大电路之间切换，得到的信号S2经所述低通滤波电路处理后得到所述信号S3。
在一些实施例中，所述激发光的波长范围为390-470nm，所述参考光的波长为650nm。
在一些实施例中，所述步骤(c)中，所述信号S3通过所述偏移电路调整为正电压。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种溶解氧浓度检测系统以及工作方法，检测系统包括微控制单元、光源驱动电路、第三模拟开关、参考光光源、激发光光源、荧光膜、滤光片、光电二极管、信号处理器、开关乘法器和模数转换器。通过电路开关乘法器加正交分解方法求解荧光信号相位和幅值，算法简单、成本低。
附图说明
图1是本发明检测系统的工作原理示意图；
图2为微控制单元发出的信号示意图；
图3为信号S0控制第三模拟开关的电路图；
图4为信号处理器处理过程电路图；
图5为开关乘法器电路图；
图6为第一模拟开关电路图；
图7为偏移电路和ADC电路图。
图中：1微控制单元，2光源驱动电路，3开关乘法器，311倍放大电路，32-1倍放大电路，33第二模拟开关，34低通滤波电路，4激发光光源，5荧光膜，6参考光光源，7光电二极管，8滤光片，9第三模拟开关，10信号处理器，11模数转换器，12偏移电路，13第一模拟开关。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本申请中采用荧光法测量溶解氧的浓度，荧光法的基本原理是将一定宽度和特定波长如的脉冲激发光照射在荧光膜上，荧光膜会发出特定波长的荧光，氧气会对荧光产生淬灭作用，所以氧气浓度会影响荧光的强度和荧光的保持时间。
荧光膜在使用过程中会发生衰减，导致相同的氧气浓度下得到荧光强度会发生变化，但荧光信号下降的时间常数τ不会发生变化。测量时使用正弦信号驱动激发光光源，使其发出正弦变化的激发光，在光电二极管接收到荧光信号也是正弦信号，因为时间常数τ存在，使得接收到的信号与驱动信号有一个相位差，检测这个相位差就表征了氧气浓度。
见图1至图7，一种溶解氧浓度检测系统，包括微控制单元1、数模转换器、光源驱动电路2、第三模拟开关9、参考光光源6、激发光光源4、荧光膜5、滤光片8、光电二极管7、信号处理器10、开关乘法器3和模数转换器11。
其中，所述数模转换器与所述微控制单元1连接，所述激发光光源4和所述参考光光源6均可选用发光二极管(LED)，由微控制单元1通过光源驱动电路2驱动所述所述激发光光源4和所述参考光光源6发光。
所述微控制单元1用于控制检测系统运行，所述微控制单元1可发出一路正弦信号S0，发出一路与所述正弦信号S0频率相位相同的方波信号S_ref0，发出一路与所述正弦信号S0频率相同相位滞后90度的方波信号S_ref90。
微控制单元1通过所述光源驱动电路2和所述第三模拟开关9驱动所述激发光光源4和所述参考光光源6，将正弦信号S0送入光源驱动电路2，驱动所述所述激发光光源4和所述参考光光源6发光；所述激发光光源4用于发出特定波长的激发光，照射在所述荧光膜5上；所述参考光光源6发出的参考光的波长与所述荧光膜5发出的荧光波长相等，以避免所述荧光膜5发出荧光，其可以通过荧光膜5漫反射穿过滤光片8被光电二极管7接收到。
所述滤光片8对所述荧光膜5发出的光进行过滤，所述光电二极管7用于接收所述滤光片8过滤后的光信号，滤光片8可只让荧光波长范围的光通过。所述光电二极管7用于接收所述荧光膜5上的光信号，所述信号处理器10用于对所述光电二极管7接收的光信号进行电流转电压放大以及带通滤波器电路处理，所述开关乘法器3接收所述信号处理器10的信号并进一步处理。具体的，所述开关乘法器3包括1倍放大电路31、-1倍放大电路32，第二模拟开关33和低通滤波器电路34。所述开关乘法器3的信号S_Ref由所述微控制单元1通过第一模拟开关13在所述S_Ref0与所述S_Ref90两个信号中选择。
所述模数转换器11通过偏移电路12与所述开关乘法器3连接，且与所述微控制单元1连接，所述模数转换器11将模拟信号转换成数字信号送到所述微控制单元1中进行运算以求出荧光相位，然后再求得溶解氧浓度。
其中，所述荧光膜的激发波长为390-407nm，荧光波长(即峰值波长)为650nm。
所述数模转换器和模数转换器11均可独立存在或集成在所述微控制单元1中。
此外，本申请还提供了一种溶解氧浓度检测方法，包括以下步骤：
(a)微控制单元1通过数模转换器发出一路正弦信号S0，将其送入光源驱动电路2并控制第三模拟开关9点亮激发光光源4，驱动所述激发光光源4产生正弦变化的激发光，所述激发光照射在荧光膜5上，使所述荧光膜5发出荧光信号，所述荧光信号经滤光片8过滤后，被光电二极管8接入到信号处理器10，在所述信号处理器10中进行电流转电压放大以及带通滤波器电路处理，获取到荧光正弦信号S1，其中S0＝Asin(wt)，所述激发光的波长范围为390-470nm；
其中，A是所述光源驱动电路2的幅值，B是所述荧光正弦信号S1的幅值，w是频率由正弦信号S0确定，是所述荧光正弦信号S1的相位，由信号处理器带来的固定相移与溶解氧浓度引起的荧光相位确定，即
(b)所述荧光正弦信号S1经开关乘法器处理后得到信号S3，所述开关乘法器3包括1倍放大电路31，-1倍放大电路32，第二模拟开关33和低通滤波器电路34；
其中，所述微控制单元1通过数模转换器发出一路与所述正弦信号S0频率相位相同的方波信号S_ref0，发出一路与所述正弦信号S0频率相同相位滞后90度的方波信号S_ref90；所述开关乘法器3的信号S_Ref由所述微控制单元1通过第一模拟开关13在所述S_Ref0与所述S_Ref90两个信号中选择，之后经过所述开关乘法器3处理，能够获取到0度开关乘法结果S3_0和90度开关乘法结果S3_90；
所述开关乘法器3处理的过程为：所述微控制单元1控制所述第一模拟开关13接入所述方波信号S_ref0或所述方波信号S_ref90，使所述信号S_Ref控制所述第二模拟开关33在所述1倍放大电路31和所述-1倍放大电路32之间切换，得到的信号S2经所述低通滤波电路34处理后得到所述信号S3。
当所述第一模拟开关13选择S_Ref0作为所述开关乘法器3的输入信号时，S_Ref＝S_Ref0，其中C是所述方波信号S_Ref的幅值，是常数1，即此时S3计作S3_0；
当所述第一模拟开关13选择S_Ref90作为所述所述开关乘法器3输入时，S_Ref＝S_Ref90，此时S3计作S3_90。
(c)所述信号S3通过偏移电路12调整电压后，再通过所述模数转换器11转换为数字信号，送入到所述微控制单元1中进行运算，可求得相位和荧光信号幅值B；可求得相位荧光信号幅值B＝sqrt(S3_0^2+
S3_90^2)/0.6366。
该步骤中，所述信号S3通过所述偏移电路12调整为正电压。比如，若开关乘法器3输出的电压范围是-2.5V到+2.5V，需要经过偏移电路12将信号偏移到0到+5V,因常用的模数转换器11不能接受输入负电压，这样做使得其能够正确的采样信号。
(d)所述微控制单元1控制所述第三模拟开关将所述正弦信号S0送入光源驱动电路2，点亮参考光光源6，驱动所述参考光光源6产生发出参考光，所述参考光的波长是所述荧光膜5发出的荧光波长，照射在所述荧光膜5上避免所述荧光膜5发出荧光；由于此时荧光膜5不发出荧光，得到的相位即为由信号处理器带来的固定相移经计算可以得到荧光相位 所述参考光的波长范围为650nm。
(e)求得时间常数τ和溶解氧浓度与荧光相位关系的比例系数K；其中，f为所述激发光的频率；K＝(τ0/τ1-1)/[O2]，τ0为在无氧环境下的时间常数；τ1为在已知浓度[O2]的溶解氧环境下的时间常数；
将比例系数K和τ0存储在所述微控制单元中，再通过测量未知溶解氧浓度下的的荧光相位计算出该未知溶解氧浓度下的时间常数，从而反算出溶解氧的浓度。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部分的结构关系而确定的关系词，不能理解为对本公开的限制。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种溶解氧浓度检测方法，其特征在于，所述方法利用溶解氧浓度检测系统进行检测，该系统包括微控制单元(1)、数模转换器、光源驱动电路(2)、第三模拟开关(9)、参考光光源(6)、激发光光源(4)、荧光膜(5)、滤光片(8)、光电二极管(7)、信号处理器(10)、开关乘法器(3)和模数转换器(11)；
所述数模转换器与所述微控制单元(1)连接，所述微控制单元(1)用于控制检测系统运行，其通过所述光源驱动电路(2)和所述第三模拟开关(9)驱动所述激发光光源(4)和所述参考光光源(6)；所述激发光光源(4)和所述参考光光源(6)均为发光二极管，所述激发光光源(4)用于发出特定波长的激发光，照射在所述荧光膜(5)上；所述参考光光源(6)发出的参考光的波长与所述荧光膜(5)发出的荧光波长相等，以避免所述荧光膜(5)发出荧光；所述滤光片(8)对所述荧光膜(5)发出的光信号进行过滤，所述光电二极管(7)用于接收所述滤光片(8)过滤后的光信号，所述信号处理器(10)用于对所述光电二极管(7)接收的光信号进行电流转电压放大以及带通滤波器电路处理；所述开关乘法器(3)可接收所述信号处理器(10)的信号，并对其进一步处理，所述开关乘法器(3)包括1倍放大电路(31)、-1倍放大电路(32)，第二模拟开关(33)和低通滤波器电路(34)；所述模数转换器(11)通过偏移电路(12)与所述开关乘法器(3)连接，且与所述微控制单元(1)连接，所述模数转换器(11)将模拟信号转换成数字信号送到所述微控制单元(1)中进行运算以求出荧光相位，然后再求得溶解氧浓度；
所述方法包括以下步骤：
(a)微控制单元(1)通过数模转换器发出正弦信号S0，将其送入光源驱动电路(2)并控制第三模拟开关(9)点亮激发光光源(4)，驱动所述激发光光源(4)产生正弦变化的激发光，所述激发光照射在荧光膜(5)上，使所述荧光膜(5)发出荧光信号，所述荧光信号经滤光片(8)过滤后，被光电二极管(7)接入到信号处理器(10)，在所述信号处理器(10)中进行电流转电压放大以及带通滤波器电路处理，获取到荧光正弦信号S1，其中S0＝Asin(wt)，其中，所述A是所述光源驱动电路(2)的幅值，所述B是荧光正弦信号S1的幅值，所述w是频率由所述正弦信号S0确定，所述是荧光正弦信号S1的相位，所述由信号处理器带来的固定相移与溶解氧浓度引起的荧光相位确定，
(b)所述荧光正弦信号S1经开关乘法器处理后得到信号S3，所述开关乘法器(3)包括1倍放大电路(31)，-1倍放大电路(32)，第二模拟开关(33)和低通滤波器电路(34)；
(c)所述信号S3通过偏移电路(12)调整电压后，再通过所述模数转换器(11)转换为数字信号，送入到所述微控制单元(1)中进行运算，可求得相位和荧光信号幅值B；
(d)所述微控制单元(1)控制所述第三模拟开关(9)将所述正弦信号S0送入光源驱动电路(2)，点亮参考光光源(6)，驱动所述参考光光源(6)发出参考光，所述参考光的波长是所述荧光膜(5)发出的荧光波长，照射在所述荧光膜(5)上可避免所述荧光膜(5)发出荧光；得到的相位即为由信号处理器带来的固定相移经计算可以得到荧光相位
(e)求得时间常数τ和溶解氧浓度与荧光相位关系的比例系数K；
其中，f为所述激发光的频率；K＝(τ0/τ1-1)/[O2]，
τ0为在无氧环境下的时间常数；τ1为在已知浓度[O2]的溶解氧环境下的时间常数；
将所述比例系数K和所述τ0存储在所述微控制单元(1)中，再通过测量未知溶解氧浓度下的荧光相位计算出所述未知溶解氧浓度下的时间常数τ，从而反算出溶解氧的浓度。
2.根据权利要求1所述的溶解氧浓度检测方法，其特征在于，所述荧光膜的激发波长为390-407nm，所述荧光波长为650nm。
3.根据权利要求1所述的溶解氧浓度检测方法，其特征在于，所述数模转换器集成在所述微控制单元(1)中。
4.根据权利要求3所述的溶解氧浓度检测方法，其特征在于，所述微控制单元(1)通过数模转换器发出一路与所述正弦信号S0频率相位相同的方波信号S_ref0，发出一路与所述正弦信号S0频率相同相位滞后90度的方波信号S_ref90；所述开关乘法器(3)的信号S_Ref由所述微控制单元(1)通过第一模拟开关(13)在所述S_Ref0与所述S_Ref90两个信号中选择，之后经过所述开关乘法器(3)处理，能够获取到0度开关乘法结果S3_0和90度开关乘法结果S3_90；
可求得相位荧光信号幅值B＝sqrt(S3_0^2+S3_90^2)/0.6366。
5.根据权利要求4所述的溶解氧浓度检测方法，其特征在于，当所述第一模拟开关(13)选择所述S_Ref0作为所述开关乘法器(3)的输入信号时，S_Ref＝S_Ref0，其中所述C是所述方波信号S_Ref的幅值，是常数1，即此时S3计作S3_0；
当所述第一模拟开关(13)选择S_Ref90作为所述开关乘法器(3)输入时，S_Ref＝S_Ref90，此时S3计作S3_90。
6.根据权利要求4所述的溶解氧浓度检测方法，其特征在于，所述开关乘法器(3)处理的过程为：所述微控制单元(1)控制所述第一模拟开关(13)接入所述方波信号S_ref0或所述方波信号S_ref90，使所述信号S_Ref控制所述第二模拟开关(33)在所述1倍放大电路(31)和所述-1倍放大电路(32)之间切换，得到的信号S2经所述低通滤波器电路(34)处理后得到所述信号S3。
7.根据权利要求3所述的溶解氧浓度检测方法，其特征在于，所述激发光的波长范围为390-470nm，所述参考光的波长为650nm。
8.根据权利要求3所述的溶解氧浓度检测方法，其特征在于，所述步骤(c)中，所述信号S3通过所述偏移电路(12)调整为正电压。
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| CN102854174A (zh) * | 2011-07-25 | 2013-01-02 | 中国科学院烟台海岸带研究所 | 一种荧光溶解氧在线测量装置及用其检测溶解氧的方法 |
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