CN204789296U - 基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置，包括一块由不透明材质制成的基体，在所述基体上、方向相对的侧面上对应开设有光源腔和透镜腔，在所述光源腔中安装有发光元件，在所述透镜腔中安装有准直透镜；所述光源腔开设有两个，分别与形成于基体中的两条光源通道一一对应连通，所述的两条光源通道倾斜布设，并交汇于基体中形成的中心空腔；在所述中心空腔中设置有一V型平面镜组，通过所述两条光源通道射入的两束光线在所述V型平面镜组的反射作用下垂直投射至所述的准直透镜，并经由准直透镜垂直投射至光纤端面上。本实用新型的双路聚光装置光路集中、稳固，可靠性高，可以对测试光信号实现可靠地采集。

Description

基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置

技术领域

本实用新型属于光学检测设备技术领域，具体地说，是涉及一种利用荧光反应检测海水中氨氮含量的光学装置。

背景技术

氨氮是水体中浮游植物生长所必须的营养元素，是生态监测的重要参数之一。监测水体中氨氮浓度的变化，对于监测水体污染、研究海洋地球化学循环、预警生态灾害等具有重要的意义，氨氮的原位监测已成为海洋领域研究的热点之一。目前，用于氨氮浓度的检测一般采用紫外荧光法：将水样与邻苯二甲醛（OPA）依照固定比例充分混合后，通过两种不同波长的LED光照射海水水样，进而依据激发的荧光强度变化来确定氨氮的含量。

利用这种紫外荧光法设计的检测装置，通常具备能耗低、体积小、试剂用量少、性能稳定、自动化程度高等特点，但是需要借助两种不同波长的光线照射待测海水样品得到光度值，然后通过标准曲线比对或者计算来推算出所测海水样品的参数值。从简化设备结构、降低成本等角度考虑，通常的做法是将两路不同波长的光线对应到同一个检测器，这就需要设计一种双光路的聚光装置，用于将两路不同波长的光聚合到一起，然后再向指定的检测器传送。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置，以解决现有技术所存在的光路信号损失严重、可靠性差的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置，包括一块由不透明材质制成的基体，在所述基体上、方向相对的侧面上对应开设有光源腔和透镜腔，在所述光源腔中安装有发光元件，在所述透镜腔中安装有准直透镜；所述光源腔开设有两个，分别与形成于基体中的两条光源通道一一对应连通，所述的两条光源通道倾斜布设，并交汇于基体中形成的中心空腔；在所述中心空腔中设置有一V型平面镜组，通过所述两条光源通道射入的两束光线在所述V型平面镜组的反射作用下垂直投射至所述的准直透镜，并经由准直透镜垂直投射至光纤端面上。

进一步的，所述发光元件通过光源固定件安装于所述的光源腔中，所述光源固定件为中空的螺钉式结构，其螺杆部分与光源腔内壁上形成的内螺纹螺纹连接，螺帽部分位于基体的外部，发光元件的接线引脚穿过光源固定件的中空部分伸出到基体外部。

为了降低光损耗，避免外界光线射入到所述的聚光装置中，对检测结果造成干扰，本实用新型优选将所述发光元件的接线引脚与光源固定件的中空部分通过黑色环氧胶灌封固定在一起。

优选的，在所述光源腔中还设置有滤光片，所述滤光片与发光元件的出光面正对并接触，以滤除发光元件发出的中心波长以外的杂散光波。

为了简化加工工艺，本实用新型将开设两个所述光源腔的侧面设计成两个相交的倾斜面，以方便光源腔的开设，所述的两个倾斜面均与开设所述透镜腔的侧面相对。

为了尽量减少光强损失并保证基体的尺寸不至于过大，优选将所述两条光源通道所成的夹角设计在40°~45°之间；所述V型平面镜组由两块平面镜组成，两块平面镜的镜面夹角在330°~350°之间。

为了方便准直透镜在基体中的安装固定，将所述准直透镜通过准直透镜固定件安装于所述的透镜腔中，所述准直透镜固定件为螺钉式结构，与开设在透镜腔内壁上的内螺纹螺纹连接；在所述准直透镜固定件的螺杆部分形成有中空的腔室，腔室中安装有光纤固定件，所述光纤固定件固定安装所述的光纤，所述光纤通过准直透镜固定件的螺帽部分形成的通孔伸出到基体的外部。

优选的，所述光纤设置有两根，且直径不同，两根光纤通过黑色环氧胶与所述光纤固定件灌封固定在一起。

优选的，所述中心空腔为方形空腔，采用在基体顶面开槽并加装盖板的方式形成，以简化加工工艺。

优选的，所述基体优选采用ABS工程塑料制成，所述发光元件为发射中心波长为365nm、波宽为20nm的紫外光的LED。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的双路聚光装置可以将两路不同波长的光聚合到一起，并通过两根光纤对外传送，光路集中、稳固，可靠性高，在采用荧光法检测海水氨氮含量的海洋环境监测过程中，可以对测试光信号实现可靠地采集，由此为氨氮含量的准确检测提供了硬件上的支持。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的双路聚光装置的一种实施例的内部结构剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细地描述。

参见图1所示，本实施例的双路聚光装置采用在一块不透明材质制成的基体7上加工出两条光源通道5和一条光纤通道的方式进行设计。其中，所述基体7优选采用黑色的ABS工程塑料制成，以降低材料成本和加工难度。选择在基体7的其中一个方向的侧面上开设两个光源腔3，用于安装发光元件1和滤光片4，并分别与所述的两条光源通道5一一对应连通。以图1所示的方向为例，可以选择在基体7的上侧面上分别开设所述的两个光源腔3，两条光源通道5倾斜开设，并在基体7的中间部位或者中下部位开设的中心腔室17处汇合，以实现两路光信号的汇聚。在本实施例中，两条光源通道5所成的夹角不宜过大，也不宜过小，角度过大会导致光信号的强度大量损失，造成检测信号的强度过于微弱，不利于采集；角度过小则会导致基体7的尺寸在长度方向上过长，造成产品的整体尺寸过大。出于以上两方面的考虑，本实施例设计两条光源通道5的夹角在40°-45°的范围内。

为了便于两个光源腔3的加工以及发光元件1的安装，本实施例优选对基体7的上侧面进行切角处理，以形成两个倾斜相交的倾斜面，然后再在两个倾斜面上对应开设所述的两个光源腔3。

为了实现发光元件1和滤光片4在光源腔3中的安装固定，本实施例设计光源固定件2安装于所述的光源腔3中，以用于发光元件1和滤光片4的固定，如图1所示。在本实施例中，所述光源固定件2与光源腔3的装配固定方式优选采用螺纹连接方式，即，在每个光源腔3的内壁上开设内螺纹，将光源固定件2设计成螺钉式结构，其中，螺杆部分开设外螺纹，与光源腔3螺纹连接，螺帽部分位于基体7的外部，以方便技术人员操作。将所述光源固定件2设计成中空式结构，使得发光元件7的接线引脚15能够通过所述光源固定件2的中空部分17伸出基体7，以便于外部接线。将黑色的环氧胶注入所述光源固定件2的中空部分，对所述中空部分进行灌封，由此可以在避免光泄露的同时，实现发光元件1与光源固定件2的固化。

在安装所述发光元件1和滤光片4时，首先将滤光片4装入光源腔3，然后将发光元件1通过光源固定件2与光源腔3螺纹连接，并使滤光片4与发光元件1的出光面正对并接触，以实现发光元件1和滤光片4在所述光源腔3中的固定。

所述发光元件1用于发射固定波长的光线作为信号激励源。在本实施例中，优选采用发射中心波长为365nm、波宽为20nm的紫外光的LED作为所述的发光元件1，照射待检测的海水样品，以减小所述双路聚光装置的体积。所述滤光片4用于滤除发光元件1发出的中心波长以外的杂散光波，以提高检测精度。

考虑到光纤接收具有一定的方向性，为了保证通过两条光源通道5入射的光线能够辐射到光纤11的接受端面上，本实施例优选将所述中心空腔17设计成方形空腔，并在中心空腔17内设置V型平面镜组8，如图1所示。通过两个发光元件1发射的两路光线从光源通道5射入到所述中心空腔17后，入射到所述的V型平面镜组8，通过V型平面镜组8改变两路光线的方向，使其垂直投射到准直透镜9上。

在本实施例中，所述V型平面镜组8优选采用两块平面镜组合而成，两块平面镜的镜面夹角优选设计在330°-350°之间，可以采用环氧树脂胶固定于中心空腔17位置处的基体7上。

作为所述中心空腔17的形成方式，可以采用在基体7中掏空的方式形成，但工艺相对复杂。为了降低加工难度，本实施例优选采用在基体7的中间部位开槽，加工出所述的中心空腔17，然后再设计一个盖板14扣合在开设的槽体上，并通过在盖板固定孔13中安装固定件来将盖板14与基体7装配在一起，由此来形成所述的中心空腔17，如图1所示。

所述准直透镜9安装在透镜腔16中，所述透镜腔16开设在基体7的一个侧面上，所述侧面与开设光源腔3的侧面相对。将所述透镜腔16与中心空腔17贯通，且与光源通道5的出光口相对，以实现对汇聚后的两路光信号的有效接收。

为了方便准直透镜9在透镜腔16中的安装固定，本实施例设计准直透镜固定件10安装在所述的透镜腔16中，如图1所示。所述准直透镜固定件10与透镜腔16的装配固定方式优选采用螺纹连接方式，即在透镜腔16的内壁上开设内螺纹，将准直透镜固定件10设计成螺钉式结构，其中，螺杆部分开设外螺纹，与透镜腔16螺纹连接，螺帽部分位于基体7的外部，优选设计成六边形结构，如图1所示，以便于使用扳手等传统工具将所述准直透镜固定件10安装到透镜腔16中。将所述准直透镜固定件10的螺杆部分形成中空式结构，中空部分用于安装光纤固定件12，通过光纤固定件12固定光纤11，并采用在准直透镜固定件10的螺帽部分开设通孔的方式，使光纤11能够穿过所述通孔伸出到基体7的外部。

在本实施例中，所述光纤11设置有两根，一粗一细，用于接收通过准直透镜9透射输出的光线，并分成两路分别传送至外部的检测设备。其中，粗光纤可以接入外部的反应流通池，利用粗光纤发出的光线照射反应流通池中的海水样品，参加化学反应后，通过第一路光电二极管测量反应流通池中海水样品反应的吸光度；细光纤直接对准第二路光电二极管，测量LED的光线强度，目的是为第一路光电二极管提供同光源的参比信号。

在本实施例中，所述粗光纤的直径可以选择为2mm；细光纤的直径可以选择为1mm。粗细光纤11的直径之比没有明确要求，可以根据实际需要进行适当调整。

在安装所述准直透镜9和光纤11时，首先将准直透镜9安装到透镜腔16中，并紧邻中心空腔17。然后，将光纤11安装到光纤固定件12上，可以采用在光纤固定件12上开设两个通孔的方式来插装所述的光纤11，并通过黑色环氧胶将光纤11与光纤固定件12灌封固定在一起。将光纤固定件12安装在准直透镜固定件10的螺杆部分所形成的中空的腔室内，并使光纤11穿过螺帽部分所形成的通孔伸出。而后，将准直透镜固定件10与透镜腔16螺纹连接，对准直透镜9进行限位固定，并在连接到位后，使两根光纤11的端面刚好与准直透镜9的背面紧密接触，以减少光损。

当通过发光元件1发射的两束光线通过光源通道5入射到中心空腔17，并在V型平面镜组的反射作用下垂直投射到准直透镜9上后，准直透镜9对汇聚后的光线作进一步平行处理，使光线完全垂直投射在光纤11的端面上，进而通过光纤11向外输送。

对于所述基体7的固定，可以采用在基体7上开设固定孔6，通过在固定孔6中安装固定元件的方式实现基体7的装配。

本实施例的双路聚光装置为采用荧光法检测海水样品中氨氮含量的实施提供了硬件上的支持，结构简单，成本低廉，也可应用于目前利用吸光度做检测的海洋要素传感器中。

当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置，其特征在于：包括一块由不透明材质制成的基体，在所述基体上、方向相对的侧面上对应开设有光源腔和透镜腔，在所述光源腔中安装有发光元件，在所述透镜腔中安装有准直透镜；所述光源腔开设有两个，分别与形成于基体中的两条光源通道一一对应连通，所述的两条光源通道倾斜布设，并交汇于基体中形成的中心空腔；在所述中心空腔中设置有一V型平面镜组，通过所述两条光源通道射入的两束光线在所述V型平面镜组的反射作用下垂直投射至所述的准直透镜，并经由准直透镜垂直投射至光纤端面上。

2.根据权利要求1所述的基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置，其特征在于：所述发光元件通过光源固定件安装于所述的光源腔中，所述光源固定件为中空的螺钉式结构，其螺杆部分与光源腔内壁上形成的内螺纹螺纹连接，螺帽部分位于基体的外部，发光元件的接线引脚穿过光源固定件的中空部分伸出到基体外部。

3.根据权利要求2所述的基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置，其特征在于：所述发光元件的接线引脚与光源固定件的中空部分通过黑色环氧胶灌封固定在一起。

4.根据权利要求1所述的基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置，其特征在于：在所述光源腔中还设置有滤光片，所述滤光片与发光元件的出光面正对并接触，滤除发光元件发出的中心波长以外的杂散光波。

5.根据权利要求1所述的基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置，其特征在于：开设两个所述光源腔的侧面为两个相交的倾斜面，所述的两个倾斜面均与开设所述透镜腔的侧面相对。

6.根据权利要求1所述的基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置，其特征在于：所述两条光源通道所成的夹角在40°~45°之间；所述V型平面镜组由两块平面镜组成，两块平面镜的镜面夹角在330°~350°之间。

7.根据权利要求1所述的基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置，其特征在于：所述准直透镜通过准直透镜固定件安装于所述的透镜腔中，所述准直透镜固定件为螺钉式结构，与开设在透镜腔内壁上的内螺纹螺纹连接；在所述准直透镜固定件的螺杆部分形成有中空的腔室，腔室中安装有光纤固定件，所述光纤固定件固定安装所述的光纤，所述光纤通过准直透镜固定件的螺帽部分形成的通孔伸出到基体的外部。

8.根据权利要求7所述的基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置，其特征在于：所述光纤设置有两根，且直径不同，两根光纤通过黑色环氧胶与所述光纤固定件灌封固定在一起。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置，其特征在于：所述中心空腔为方形空腔，采用在基体顶面开槽并加装盖板的方式形成。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的基于荧光法检测海水氨氮含量的双路聚光装置，其特征在于：所述基体采用ABS工程塑料制成，所述发光元件为发射中心波长为365nm、波宽为20nm的紫外光的LED。