CN204832038U - 一种海洋有色溶解有机物原位监测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种海洋有色溶解有机物原位监测仪。该监测仪包括装置部分和设于装置内的电路部分；其中装置部分包括圆柱形的监测仪外壳，以及设于外壳内从上至下依次设置的两个激发光源、光路结构、线路板仓、水密接插件；电路部分包括中央处理器、信号采集模块、数据存储模块、电源模块，其中信号采集模块包括光电二极管、电流电压转换电路、放大滤波电路、信号解调电路、模数转换模块。本实用新型具有检测精度高、功耗低等优点。该监测仪可进行长时间的自容式工作，或者可以集成到海底观测网平台中进行原位连续监测，实现对海洋中的有色溶解有机物的浓度记录和分布测定。

Description

一种海洋有色溶解有机物原位监测仪

技术领域

本实用新型属于海洋环境原位监测领域，具体涉及一种海洋有色溶解有机物原位监测仪。

背景技术

溶解有机物代表了地球表面最大的生物反应体，组成了异养细菌的主要培养基。海洋中的溶解有机物是由浮游植物通过细菌病毒溶解、释放、排泄、分泌产生。有色溶解有机物是溶解有机物中对紫外光谱和可见光光谱吸收的部分，主要受海洋原位生物生产、海岸陆地输入、光化学降解、微生物消耗以及深海水层循环等控制。有色溶解有机物原位监测有助于解释初级生产力突然降低、浮游植物转移、藻化等现象。

目前，在有色溶解有机物传感器方面，采用的测定方法主要包括Winkler滴定分析法，Clark溶氧电极法以及荧光淬灭法。前两种方法不适用于海底观测网络的深海长期实时原位观测的需求，本实用新型采用荧光淬灭法。

发明内容

本实用新型的目的是为解决现有技术的缺陷，提供一种有色溶解有机物原位监测仪，检测精度高、功耗低，可进行长期自容式工作，并可集成到海底观测网平台进行原位连续监测。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

有色溶解有机物原位监测仪包括装置部分和设于装置内的电路部分；其中装置部分包括圆柱形的监测仪外壳，以及从上至下依次设于外壳内的两个激发光源、光路结构、用于放置电路部分的线路板仓、水密接插件；电路部分包括中央处理器、信号采集模块、数据存储模块、电源模块，其中信号采集模块包括光电二极管、电流电压转换电路、放大滤波电路、信号解调电路、模数转换模块；光电二极管的信号输入端接收光路结构传送的携带有幅度信息的荧光信号，信号输出端与电流电压转换电路的信号输入端连接；电流电压转换电路的信号输出端与放大滤波电路的信号输入端连接；放大滤波电路的信号输出端与信号解调电路的一个信号输入端连接；信号解调电路的信号输出端与模数转换模块的信号输入端连接；模数转换模块的信号输出端与中央处理器的一个信号输入端连接；中央处理器的另一个信号输入端与数据存储模块的信号输出端连接，一个信号输出端与数据存储模块的信号输入端连接，另一个信号输出端与信号解调电路的另一个信号输入端连接，又一个信号输出端控制两个激发光源；电源模块为中央处理器、信号采集模块、数据存储模块供电；

所述的两个激发光源之间设有光学反应区，且激发光源的光源头相对设置；所述的光学反应区的顶部设有遮光板，该遮光板用于避免阳光直射，光学反应区的底部与光路结构正对；所述的光路结构采用双透镜共轭聚焦光路结构，从上至下依次包括第一透镜、滤光片、第二透镜，该光路结构将激发光源发出的光在光学反应区产生的荧光汇聚到信号采集模块；

所述的中央处理器用于控制激发光源的发射频率、读取模数转换模块的数值、对数据进行预处理以及与上位机进行通信；

所述的光电二极管用于将双透镜共轭聚焦光路结构传送的携带幅度信息的荧光信号转换为电流信号；

所述的电流电压转换电路用于将光电二极管传输的电流信号转换为电压信号；

所述的放大滤波电路用于将电流电压转换电路传输的电压信号进行放大、滤波；

所述的信号解调电路用于将放大滤波电路输入的信号和中央处理器产生的同步信号相互作用后，还原原始幅度信息；

所述的模数转换模块用于将信号解调电路传送的模拟量转换成以二进制数值表示的离散信号，便于中央处理器读取；

所述的数据存储模块用于存储数据信息，是中央处理器从模数转换器读取原始采样值，经进一步数据处理、内部标定后将最终数据存储在大容量Flash中。

所述的电源模块是由大容量锂电池和电源管理芯片组成，作为整个系统中所有电子器件的能量来源；

所述的线路板仓用于放置包含有上述各功能模块的电路板；

所述的水密接插件用于连接电路板与上位机的通讯线路，同时又可避免线路板仓漏水。

进一步，所述两个激发光源为直插式发光二极管，峰值波长为335nm～395nm。

进一步，所述的电源模块采用100mAh以上的锂离子电池。

进一步，所述的信号采集模块中的模数转换模块为高精度的24位数模转换器。

进一步，所述的数据存储模块中采用1MB以上的串口型Flash存储芯片。

本实用新型的有益效果是：采用高集成模块化的电子电路实现了一种高检测精度、低功耗的有色溶解有机物原位监测仪。该监测仪可进行长时间的自容式工作，或者可以集成到海底观测网平台中进行原位连续监测，实现对海洋中的有色溶解有机物的浓度记录和分布测定。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的检测原理图；

其中1-1、1-2为激发光源，2为光路结构，2-1为第一透镜，2-2为滤光片，2-3为第二透镜，3为线路板仓，4为水密接插件，5为光学反应区。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型。

如图1所示，有色溶解有机物原位监测仪包括装置部分和设于装置内的电路部分；其中装置部分圆柱形的监测仪外壳，以及设于外壳内从上至下依次设置的两个激发光源1-1/1-2、光路结构2、线路板仓3、水密接插件4；电路部分包括中央处理器、信号采集模块、数据存储模块、电源模块，其中信号采集模块包括光电二极管、电流电压转换电路、放大滤波电路、信号解调电路、模数转换模块；光电二极管的信号输入端接收光路结构传送的携带有幅度信息的荧光信号，信号输出端与电流电压转换电路的信号输入端连接；电流电压转换电路的信号输出端与放大滤波电路的信号输入端连接；放大滤波电路的信号输出端与信号解调电路的一个信号输入端连接；信号解调电路的信号输出端与模数转换模块的信号输入端连接；模数转换模块的信号输出端与中央处理器的一个信号输入端连接；中央处理器的另一个信号输入端与数据存储模块的的信号输出端连接，一个信号输出端与数据存储模块的信号输入端连接，另一个信号输出端与信号解调电路的另一个信号输入端连接，又一个信号输出端控制两个激发光源；电源模块为括中央处理器、信号采集模块、数据存储模块供电；

所述的两个激发光源之间设有光学反应区5，且激发光源的光源头相对设置；所述的光学反应区的顶部设有遮光板，该遮光板用于避免阳光直射，光学反应区的底部与光路结构正对；所述的光路结构采用双透镜共轭聚焦光路结构，从上至下依次包括第一透镜2-1、滤光片2-2、第二透镜2-3，该光路结构将光学反应区产生的荧光汇聚到信号采集模块；

所述的中央处理器采用MSP430系列单片机，主要用于控制激发光源的发射频率、读取模数转换模块的数值、对数据进行预处理以及与上位机进行通信；

所述的光电二极管用于将双透镜共轭聚焦光路结构传送的携带幅度信息的荧光信号转换为电流信号；

所述的电流电压转换电路用于将光电二极管传输的电流信号转换为电压信号；

所述的放大滤波电路用于将电流电压转换电路传输的电压信号进行放大、滤波；

所述的信号解调电路用于将放大滤波电路输入的信号和中央处理器产生的同步信号相互作用后，还原原始幅度信息；

所述的模数转换模块用于将信号解调电路传送的模拟量转换成以二进制数值表示的离散信号，便于中央处理器读取；

所述的数据存储模块是中央处理器从模数转换器读取原始采样值，经进一步数据处理、内部标定后将最终数据存储在大容量Flash中。

所述的电源模块是由大容量锂电池和电源管理芯片组成，作为整个系统中所有电子器件的能量来源；

所述的线路板仓用于放置包含有上述各功能模块的电路板；

所述的水密接插件用于连接电路板与上位机的通讯线路，同时又可避免线路板仓漏水。

进一步，所述两个激发光源为直插式发光二极管，峰值波长为335nm～395nm。

进一步，所述的电源模块采用100mAh以上的锂离子电池。

进一步，所述的信号采集模块中的模数转换模块为高精度的24位数模转换器。

进一步，所述的数据存储模块中采用1MB以上的串口型Flash存储芯片。

如图2所示，中央处理器产生同步调制信号控制两个激发光源LED1和LED2产生高稳定性发射光，发射光在光学反应区激发出带有幅度信息的荧光。荧光会通过光路结构入射到信号采集模块。信号采集模块首先通过光电二极管将携带幅度信息的荧光或散射光信号转换为电流信号，然后经过电流电压转换电路、放大滤波电路后进入信号解调电路。信号解调电路将输入的信号和中央处理器产生的同步信号相互作用后，还原原始幅度信息后送入24位模数转换器。中央处理器从模数转换器读取原始采样值，经进一步数据处理、内部标定后将最终数据进行存储。

上述实施例并非是对于本实用新型的限制，本实用新型并非仅限于上述实施例，只要符合本实用新型要求，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种海洋有色溶解有机物原位监测仪，其特征在于包括装置部分和设于装置内的电路部分；其中装置部分包括圆柱形的监测仪外壳，以及从上至下依次设于外壳内的两个激发光源、光路结构、用于放置电路部分的线路板仓、水密接插件；电路部分包括中央处理器、信号采集模块、数据存储模块、电源模块，其中信号采集模块包括光电二极管、电流电压转换电路、放大滤波电路、信号解调电路、模数转换模块；光电二极管的信号输入端接收光路结构传送的携带有幅度信息的荧光信号，信号输出端与电流电压转换电路的信号输入端连接；电流电压转换电路的信号输出端与放大滤波电路的信号输入端连接；放大滤波电路的信号输出端与信号解调电路的一个信号输入端连接；信号解调电路的信号输出端与模数转换模块的信号输入端连接；模数转换模块的信号输出端与中央处理器的一个信号输入端连接；中央处理器的另一个信号输入端与数据存储模块的信号输出端连接，一个信号输出端与数据存储模块的信号输入端连接，另一个信号输出端与信号解调电路的另一个信号输入端连接，又一个信号输出端控制两个激发光源；电源模块为中央处理器、信号采集模块、数据存储模块供电；

所述的两个激发光源之间设有光学反应区，且激发光源的光源头相对设置；所述的光学反应区的顶部设有遮光板，该遮光板用于避免阳光直射，光学反应区的底部与光路结构正对；所述的光路结构采用双透镜共轭聚焦光路结构，从上至下依次包括第一透镜、滤光片、第二透镜，该光路结构将激发光源发出的光在光学反应区产生的荧光汇聚到信号采集模块；

所述的中央处理器用于控制激发光源的发射频率、读取模数转换模块的数值、对数据进行预处理以及与上位机进行通信；

所述的光电二极管用于将双透镜共轭聚焦光路结构传送的携带幅度信息的荧光信号转换为电流信号；

所述的电流电压转换电路用于将光电二极管传输的电流信号转换为电压信号；

所述的放大滤波电路用于将电流电压转换电路传输的电压信号进行放大、滤波；

所述的信号解调电路用于将放大滤波电路输入的信号和中央处理器产生的同步信号相互作用后，还原原始幅度信息；

所述的模数转换模块用于将信号解调电路传送的模拟量转换成以二进制数值表示的离散信号，便于中央处理器读取；

所述的数据存储模块用于存储数据信息，是中央处理器从模数转换器读取原始采样值，经进一步数据处理、内部标定后将最终数据存储在大容量Flash中；

所述的电源模块是由大容量锂电池和电源管理芯片组成，作为整个系统中所有电子器件的能量来源；

所述的线路板仓用于放置包含有上述各功能模块的电路板；

所述的水密接插件用于连接电路板与上位机的通讯线路，同时又可避免线路板仓漏水。

2.如权利要求1所述的一种海洋有色溶解有机物原位监测仪，其特征在于所述两个激发光源为直插式发光二极管，峰值波长为335nm～395nm。

3.如权利要求1所述的一种海洋有色溶解有机物原位监测仪，其特征在于所述的电源模块采用100mAh以上的锂离子电池。

4.如权利要求1所述的一种海洋有色溶解有机物原位监测仪，其特征在于所述的信号采集模块中的模数转换模块为高精度的24位数模转换器。

5.如权利要求1所述的一种海洋有色溶解有机物原位监测仪，其特征在于所述的数据存储模块中采用1MB以上的串口型Flash存储芯片。