CN201488947U - 水体溶解氧检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水体溶解氧快速检测装置，主要由光化学部分和单片机通过软硬件相结合实现。通过对单片机控制对荧光信号的检测，可以得到溶解氧的浓度信息，并保存在非易失存储器中，通过RS-232C接口同上位机的通信，由PC机来控制检测方式，并对仪器进行定标。本装置具有检测速度快，精度高，使用方便，可以用于环境监测设备，成本低，具有一定的市场竞争力，适合进行商业生产。
Description
技术领域：
本实用新型涉及智能电子检测技术领域，具体来说是一种水体溶解氧检测装置。
背景技术：
目前测量水体溶解氧的方法主要有碘量法、电流测定法(Clark溶氧电极)和光学氧检测法。碘量法是测定水体溶解氧含量的基准方法，也是最早用于检测溶解氧的方法，但其检测环节复杂，检测时间长且不能实时、在线的检测水质情况；电流测定法是基于检测电极上氧化还原反应产生电流的原理，该方法虽然能够在线检测水体溶解氧的浓度，但由于它是依靠电极本身在氧的作用下所发生的氧化还原反应来测定氧的浓度，在测量过程中需要消耗氧，因此其测量精度和响应时间都受到了扩散因素的限制(测量时被测水体必须保持一定的流速)；光学氧检测法是基于氧对于敏感物质产生的荧光具有淬灭机理，这种检测方法的最大优点是：在测量过程中不消耗氧，不用考虑被测水体的流速，不需要参比电极，响应时间短，不易受外界电磁场的干扰。
实用新型内容：
本实用新型提供了一种水体溶解氧快速检测装置，采用吸附在硅胶上的钌(II)络合物作为荧光指示剂嵌入硅橡胶中形成氧敏感膜；在蓝光激发下发出粉红色荧光，遇氧时荧光被动态淬灭而减弱的检测方法，由C8051F040微控制器检测与氧浓度对应的荧光强度信号，获取水体溶解氧含量数据，并检测温度信号作为补偿。该装置还可以RS-485方式连接，并通过无线传输模块将检测的数据传送给地面检测中心的计算机作进一步的处理。是一种先进的方案，能够实现对水中溶解氧的快速在线检测，并且成本较低，智能化程度高，易于实现长期定点监测水质。
本实用新型的技术方案如下：
水体溶解氧检测装置，包括有壳体，所述的壳体底部安装有玻璃窗(5)，玻璃窗(5)外表面贴有氧敏感荧光膜(6)，所述的玻璃窗(5)上方安装有光激发调制部分(1)，所述的壳体上盖板上有一光接收器安装孔，所述的光接收器安装孔内安装有光接收器OPT301(2)，所述的光接收器OPT301(2)前方的光路中依次安装有会聚透镜(3)、620nm窄带滤光片(4)，所述的光激发调制部分(1)发出的光经过贴有氧敏感荧光膜(6)的玻璃窗(5)经氧敏感荧光膜(6)转换成荧光后进入620nm窄带滤光片(4)，再通过会聚透镜(3)后射到光接收器OPT301(2)上；壳体内还安装有温度测量电路(7)；所述的温度测量电路(7)、光激发调制部分(1)、光接收器OPT301(2)连接到数据采集、处理控制电路板，数据采集、处理控制电路板安装在壳体内。
所述的数据采集、处理控制电路板，包括信号转换放大部分(8)、C8051F040微控制器(9)、时钟振荡电路部分(10)、串行通信电平转换电路(11)、电源电路(12)；所述信号转换放大部分(8)为C8051F040微控制器(9)内部集成的12位AD转换器，使用2个通道，第一通道与接收器OPT301(2)连接，第二通道与温度测量电路(7)连接，信号转换放大部分(8)连接到C8051F040微控制器(9)的I/O引脚；所述的时钟振荡电路部分(10)是由电容C2、C3和22.1184MHZ晶振构成的，时钟振荡电路部分(10)连接到C8051F040微控制器(9)的晶振输入引脚；所述的串行通信电平转换电路(11)为C8051F040微控制器(9)串行口UART0的RXD和TXD连接到外置的无线传输模块，无线传输模块连接到上位计算机，串行通信电平转换电路(11)的通信接口与C8051F040微控制器(9)的接收与发送数据I/O引脚连接；电源电路(12)为DC-DC转换芯片HYM2576，电源电路(12)的输入端与9V直流电相连，输出端配以滤波电容，分别与其他各电路连接。
所述的光激发调制部分(1)是4个恒流供电的相隔90°对称分布的发射中心波长为410nm的高亮度蓝色LED组成，在系统中作为光源。
所述光激发调制部分(1)包括4只相隔90°对称分布的高亮度蓝色LED和由集成运算放大器、三极管组成的恒流电路，C8051F040微控制器(9)脉宽调制端口与恒流电路相连；所述温度测量电路(7)为一温度传感器。
所述光激发调制部分(1)同信号转换放大部分(8)放置于氧敏感荧光膜(6)的同一侧。
本实用新型的工作原理：
本实用新型采用单片机为中心控制和处理器，通过控制光源激发部分发出蓝色激发光，在传感膜上激发出荧光信号，由于水中溶解氧对荧光的淬灭效应，引起荧光强度的减弱，可以根据荧光信号的强弱来计算溶解氧的含量。同时由于温度对溶解氧浓度的检测有影响，所以配置了一个温度传感器来实时检测水中的温度，进行温度补偿。检测结果存储在单片机内部的非易失存储器中，或者通过串行通讯接口传送到上位机进行处理。
本实用新型的优点：
本实用新型采用单片机微处理器控制，并通过串行接口同上位机PC相连接，智能控制仪器的工作时间和工作方式。可以实时检测水体中的溶解氧浓度，通过串行接口将数据传到计算机，由计算机作进一步处理，并显示溶解氧浓度的变化曲线；也可以设定工作方式进行定点长期检测，定时每隔一段时间检测一次，得到的结果存放于非易失存储器中；采用高亮度蓝色LED发光直接激发传感膜，省去了光纤传导，简化了硬件设计，降低了成本。
本实用新型具有如下功能：
功能一：上位机通过串行通讯接口可以控制本装置的定标，计算出标准工作参数。
功能二：上位机通过串行通讯接口可以设置测量方式和测量时间，控制仪器的启动与停止。
功能三：通过单片机可以将测得的荧光强度信号计算成溶解氧的浓度信息。
功能四：单片机处理器内部含有非易失存储器，存储测得的溶解氧浓度和温度数据，可以掉电状态下保存数据。
功能五：由串行通信电平转换电路(11)完成TTL-RS232电平转换，组成通信接口，实现本装置同上位机(PC机)的数据互传。
附图说明：
图1是本实用新型的原理框图。
其中：光激发调制部分(1)、光接收器OPT301(2)、会聚透镜(3)、620nm窄带滤光片(4)、玻璃窗(5)、氧敏感荧光膜(6)、温度测量电路(7)、信号转换放大部分(8)、C8051F040微控制器(9)、时钟振荡电路部分(10)、串行通信电平转换电路(11)、电源电路(12)
图2是本实用新型的电路原理图。
图3为本实用新型光学部分的结构示意图。
具体实施方式：
参见图1、图2。
水体溶解氧检测装置，包括有壳体，所述的壳体底部安装有玻璃窗(5)，玻璃窗(5)外表面贴有氧敏感荧光膜(6)，所述的玻璃窗(5)上方安装有光激发调制部分(1)，所述的壳体上盖板上有一光接收器安装孔，所述的光接收器安装孔内安装有光接收器OPT301(2)，所述的光接收器OPT301(2)前方的光路中依次安装有会聚透镜(3)、620nm窄带滤光片(4)，所述的光激发调制部分(1)发出的光经过贴有氧敏感荧光膜(6)的玻璃窗(5)经氧敏感荧光膜(6)转换成荧光后进入620nm窄带滤光片(4)，再通过会聚透镜(3)后射到光接收器OPT301(2)上；壳体内还安装有温度测量电路(7)；所述的温度测量电路(7)、光激发调制部分(1)、光接收器OPT301(2)连接到数据采集、处理控制电路板，数据采集、处理控制电路板安装在壳体内。
本实用新型提供了一种水体溶解氧检测装置，包括光激发调制部分(1)、光接收器OPT301(2)、会聚透镜(3)、620nm窄带滤光片(4)、玻璃窗(5)、氧敏感荧光膜(6)、温度测量电路(7)、信号转换放大部分(8)、C8051F040微控制器(9)、时钟振荡电路部分(10)、串行通信电平转换电路(11)、电源电路(12)。其中，光激发检测部分(1)和氧敏感荧光膜部分(6)以及信号转换放大部分(8)组成了荧光信号产生模块，用于在LED激发光下产生与氧浓度对应的荧光强度信号；温度测量电路(7)连接到信号转换放大部分(8)，用于实时测量水中温度；信号转换放大部分(8)连接到C8051F040微控制器(9)，用于提供转换后的数字信号；时钟振荡电路(10)连接到C8051F040微控制器(9)的晶振输入引脚，用于提供系统时钟基准；串行通信电平转换电路(11)连接到C8051F040微控制器(9)的通讯发送和接收引脚，用于单片机和上位机之间的数据通讯；电源电路(12)的输入端与9V直流电相连，输出端与各电路的电源输入端相连，用于为电路中各模块提供电源。
本实用新型选用C8051F040微控制器作为处理器(9)，由电容C2、C3和22.1184MHz晶振组成时钟振荡电路(10)；信号转换放大部分(8)采用C8051F040内部集成的12位AD转换器，使用2个通道，第1通道用于接收光激发检测部分(1)产生的荧光模拟电压信号，第2通道用于接收温度传感器(7)产生的温度模拟电压，2个通道的模拟信号转换成数字信号后送到处理器(9)处理；光信号激发部分(1)采用集成运算放大器和三极管组成恒流电路，以稳定4个LED的发光强度；串行通信电平转换电路(11)采用处理器串行口UART0的RXD和TXD连接到无线传输模块，通过无线传输模块把单片机TTL电平转换成计算机RS-232C电平，实现同计算机通信；电源部分(12)使用DC-DC转换芯片HYM2576，配以滤波电容，为系统提供+5V电压、+3.3V模拟电压和+3.3V数字电压。
Claims (5)
1.水体溶解氧检测装置，其特征在于：包括有壳体，所述的壳体底部安装有玻璃窗(5)，玻璃窗(5)外表面贴有氧敏感荧光膜(6)，所述的玻璃窗(5)上方安装有光激发调制部分(1)，所述的壳体上盖板上有一光接收器安装孔，所述的光接收器安装孔内安装有光接收器OPT301(2)，所述的光接收器OPT301(2)前方的光路中依次安装有会聚透镜(3)、620nm窄带滤光片(4)，所述的光激发调制部分(1)发出的光经过贴有氧敏感荧光膜(6)的玻璃窗(5)经氧敏感荧光膜(6)转换成荧光后进入620nm窄带滤光片(4)，再通过会聚透镜(3)后射到光接收器OPT301(2)上；壳体内还安装有温度测量电路(7)；所述的温度测量电路(7)、光激发调制部分(1)、光接收器OPT301(2)连接到数据采集、处理控制电路板，数据采集、处理控制电路板安装在壳体内。
2.根据权利要求1所述的水体溶解氧检测装置，其特征在于：所述的数据采集、处理控制电路板，包括信号转换放大部分(8)、C8051F040微控制器(9)、时钟振荡电路部分(10)、串行通信电平转换电路(11)、电源电路(12)；所述信号转换放大部分(8)为C8051F040微控制器(9)内部集成的12位AD转换器，使用2个通道，第一通道与接收器OPT301(2)连接，第二通道与温度测量电路(7)连接，信号转换放大部分(8)连接到C8051F040微控制器(9)的I/O引脚；所述的时钟振荡电路部分(10)是由电容C2、C3和22.1184MHz晶振构成的，时钟振荡电路部分(10)连接到C8051F040微控制器(9)的晶振输入引脚；所述的串行通信电平转换电路(11)为C8051F040微控制器(9)串行口UART0的RXD和TXD连接到外置的无线传输模块，无线传输模块连接到上位计算机，串行通信电平转换电路(11)的通信接口与C8051F040微控制器(9)的接收与发送数据I/O引脚连接；电源电路(12)为DC-DC转换芯片HYM2576，电源电路(12)的输入端与9V直流电相连，输出端配以滤波电容，分别与其他各电路连接。
3.根据权利要求1所述的水体溶解氧测量装置，其特征在于：所述的光激发调制部分(1)是4个经恒流供电的相隔90°对称分布的发射中心波长为410nm的高亮度蓝色LED组成，为系统提供一个亮度稳定的激发光源。
4.根据权利要求1所述的水体溶解氧测量装置，其特征在于：所述光激发调制部分(1)包括4只相隔90°对称分布的高亮度蓝色LED和由集成运算放大器、三极管组成的恒流电路，C8051F040微控制器(9)脉宽调制端口与恒流电路相连；所述温度测量电路(7)为一温度传感器。
5.根据权利要求1所述的水体溶解氧测量装置，其特征在于：所述光激发调制部分(1)同信号转换放大部分(8)放置于氧敏感荧光膜(6)的同一侧。
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