CN210294065U

CN210294065U - 一种水下分层溶解氧测定仪

Info

Publication number: CN210294065U
Application number: CN201921068465.5U
Authority: CN
Inventors: 齐连惠; 薛颖; 李志宇
Original assignee: Jiangsu Jingshui Information Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Jingshui Information Technology Co Ltd
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2029-07-10

Abstract

一种水下分层溶解氧测定仪，包括壳体、检测探头、检测电路板、密封接口，所述检测探头、检测电路板、密封接口分别设置在所述壳体内的上部、中部、下部并相互连接；所述检测探头包括传感器膜、LED激发光源、滤光片、光学窗口、光电接收管。本实用新型所述的水下分层溶解氧测定仪，基于荧光猝灭原理，具有体积小、在测量过程中不会消耗水体中的溶解氧、无需考虑水体的流动速度和搅拌速度、响应时间更快、不受外界磁场、化学环境影响的优点，克服了传统测量方法的缺陷，并且可以远程实时在线测量，通过测试同一水域不同水位的溶解氧含量，结合淤泥深度、电导率数据，就可以预测水体黑臭，检测速度快和检测精度高，应用前景广阔。

Description

一种水下分层溶解氧测定仪

技术领域

本实用新型涉及一种测定仪技术领域，具体涉及一种水下分层溶解氧测定仪。

背景技术

溶解氧是指溶解在水中分子状态的氧的含量。水中的溶解氧的含量与空气中氧的分压、水的温度都有密切关系。在自然情况下，空气中的含氧量变动不大，故水温是主要的因素，水温愈低，水中溶解氧的含量愈高。在0℃常压下溶解度为 14.64 mg/L。虽然含量很低，但它是维持水生好氧生物生存的基本条件。水里的溶解氧由于空气里氧气的溶入及绿色水生植物的光合作用会不断得到补充。

对溶解氧浓度的测定在化工行业，环保监测，污染治理，水产养殖，酿酒发酵，临床医学领域都具有重大意义。特别是在水质监测和水处理中，溶解氧常用于评价水质及水体自净化能力，是必须监测的重要指标之一。这是因为有机化合物在好氧菌作用下发生生物降解，首先要消耗水里的溶解氧而导致溶解氧首先降低。当水体受到有机物污染，耗氧严重，溶解氧得不到及时补充，水体中的厌氧菌就会很快繁殖，有机物因腐败而使水体变黑、发臭。当水中的溶解氧值降到 5 mg/L 时，一些鱼类的呼吸就发生困难。

目前国内水质检测的常规方法流程是现场取样后将水体样本拿到实验室进行检测分析，中问流程复杂，检测周期长，从而无法及时获得水质情况。我国水质检测相对国际一流水平还存在着一定的差距，大多数采用国外产品设备和技术，不但购买成本较大，而且部分仪器不符合国内的环境条件，根据海关统计数据表明：国内进口检测仪器仪表费用大大超过购买国内同类产品，无法拥有具有独立知识产权和研发技术的水质检测仪器，已经大大限制了国内海洋科学、环境保护领域的科学发展，我国急需拥有具有完全由国内独立研发设计生产的环境水质分析仪，以称补国内该领域的不足并缩短与国际一流水平的差距，由此可以看到溶解氧分析仪等水质分析仪器国产化将具有广阔的市场前景。

中国专利申请号为CN201310706960.5公开了一种溶解氧测定仪，结构过于简单，不足以对溶解氧浓度的进行正确的测定。

中国专利申请号为 CN201621216190.1公开了一种便携式电化学法溶解氧测定仪检定装置，采用电化学法对溶解氧进行测定，其检测速度和检测精度较差。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服以上不足，本实用新型的目的是提供一种水下分层溶解氧测定仪，基于荧光猝灭原理的水下分层溶解氧测定仪，具有体积小、在测量过程中不会消耗水体中的溶解氧、无需考虑水体的流动速度和搅拌速度、响应时间更快、不受外界磁场、化学环境影响的优点。相比传统的溶解氧测量方法，具有明显的优势，克服了传统测量方法的缺陷，通过测定同一水域不同水位深度处的溶解氧含量，并结合淤泥深度、电导率数据，就能预测水体黑臭，能有效的提高检测速度和检测精度，应用前景广阔。

技术方案：一种水下分层溶解氧测定仪，一种水下分层溶解氧测定仪，其特征在于，包括壳体、检测探头、检测电路板、密封接口，所述检测探头、检测电路板、密封接口分别设置在所述壳体内的上部、中部、下部并相互连接；所述检测探头包括传感器膜、LED激发光源、滤光片、光学窗口、光电接收管，所述传感器膜、LED激发光源、滤光片、光学窗口、光电接收管从上至下依次设置在所述检测探头内，所述光电接收管与所述检测电路板连接。

本实用新型所述的水下分层溶解氧测定仪，是基于荧光猝灭原理去测定水下分层溶解氧。使用时，检测探头中的LED激发光源用来激发照射传感器膜，激发荧光信号。激发出的荧光通过光学窗口后，经过滤光片，消除杂散光干扰，由光电接收管接收，将光信号转换为交流电信号，通过检测电路板将溶解氧含量信号传输给上位PC终端。其中，密封接口为防水密封接口，为所述水下分层溶解氧测定仪提供接口进行数据传输。

荧光猝灭原理：荧光物质分子与溶剂分子之间所发生的现象，荧光猝灭会导致荧光物质激发产生的荧光强度变小，同时荧光寿命缩短。与荧光物质分子作用导致发生猝灭的物质称为荧光猝灭剂。荧光猝灭是与发光过程互相竞争而引起缩短发光分子激发态寿命的过程。

本实用新型所述的水下分层溶解氧测定仪，氧气作为荧光物质的荧光猝灭剂，采用动态猝灭机理，氧分子与激发态分子相互碰撞发生能量的转移而导致发光减弱的现象，猝灭过程同时导致荧光强度的减弱和荧光寿命短，所以针对这样的两个特性，引起了两种荧光检测方法：一是通过检测荧光猝灭前后的强度变化来计算溶解氧的浓度二是通过检测荧光猝灭前后的寿命改变来计算溶解氧浓度。在实际应用中，由于水体环境的复杂性，杂散光等干扰因素多，而荧光寿命是荧光的本征特性，不会随着外界的影响而变化，所以，本实用新型方法二，可以更有效的提高检测的准确度和增强系统抗干扰能力。

进一步的，所述检测探头还包括传感器帽，所述传感器帽通过螺纹旋转紧固在所述检测探头的顶端。

传感器帽通过螺纹旋转紧固在检测探头的顶端，方便使用者在传感器膜使用寿命到期后更换。

进一步的，所述传感器帽还包括橡胶圏，所述橡胶圏设置在所述传感器帽上。

所述传感器帽上的橡胶圏用于水密结合，使所述水下分层溶解氧测定仪在各种水深、水压作用下保持不透水的密闭性能。

进一步的，所述检测电路板包括模拟电路板、数字电路板、电源电路板、六角螺栓、接插件，所述模拟电路板、数字电路板、电源电路板依次通过所述六角螺栓和接插件连接在一起并紧固在所述检测探头上。

利用检测电路板中的模拟电路和数字电路，用于完成信号的接收，调理，数据釆集，存储，分析，电源电路板用来为所述水下分层溶解氧测定仪供电。

进一步的，所述模拟电路板、数字电路板、电源电路板通过接插针连接。

模拟电路板、数字电路板、电源电路板它们之间的耦合是通过接插针来连接的，这样可以降低数字电路和电源电路的较大电流对模拟电路微弱信号的干扰，提供系统的检测精这样可以降低数字电路和电源电路的较大电流对模拟电路微弱信号的干扰，提高系统的检测精度。

进一步的，所述滤光片为红光滤光片，所述红光滤光片的中心波长为620nm。

进一步的，所述LED激发光源包括蓝色LED激发光源、红色LED激发光源，所述蓝色LED激发光源产生的激发光波长为470nm，所述红色LED激发光源产生的激发光波长为620nm。

通过激发光和检测荧光相位偏差分析，可以测量溶解氧浓度。激发光由波长为470nm的蓝色LED激发光源产生，透过光学窗口后照射传感器膜表面，激发出波长为620nm的红色荧光，荧光透过光学窗后，经过中心波长为620nm的红光滤光片，消除杂散光干扰，由光电接收管接收，转换为电信号。而红色LED激发光源发射和荧光波长一致的红光，用作参考信号，校准由于检测电路本身引起的不固定延时。

进一步的，所述LED激发光源为L470-30M32系列LED。

本实用新型的LED激发光源采用日本EPITEX公司的L470-30M32系列LED，具有体积小，单色性好，响应速度快，功耗低，发光效率高，使用寿命长等优点，适合使用在本实用新型中。

进一步的，所述传感器膜的荧光物质为Ru(dphphen)₃(ClO₄)。

传感器膜是整个系统的核心，组成传感器膜有两个部分，一是用于被梓灭的荧光物质，二是用于均匀分散固定荧光物质的载体。荧光物质的合理选择对于提升系统的性能而言，具有至关重要的作用。一般考虑要求该荧光物质具有较长的发光寿命周期，较大的位移，良好的光学稳定性和可见光吸收性，激发的荧光强度大而稳定。只有满足以上性能，才能保证传感器膜具有使用周期长，响应时间快，灵敏度高，稳定性好等特点。为了保证系统具有较高的灵敏度，需要釆用高量子产率而且可以和氧分子发生猝灭反应的荧光指示物质。

过渡金属钌的络合物由于具有较好的光化学稳定性，荧光寿命长，Stokes位移大，可吸收可见光，可使用成本较低的蓝色用于激发光源并且激发的荧光能够和氧分子相互作用发生猝灭。目前人们已经成功利用钌的络合物及其衍生物作为荧光法溶解氧传感器，其具有良好的热和光稳定性，易于合成，并且成本较低等优点，本实用新型釆用的传感器膜荧光物质为Ru(dphphen)₃(ClO₄)。

进一步的，所述光学窗口为石英材质，所述石英材质的莫氏硬度为9.0，熔点为1750℃，抗压强度为20Mpa，拉抗强度为190 Mpa，透光率为95%。

为了满足水下检测以及各种水体环境，所述光学窗口需要采用高透光、耐腐烛、耐高压的材料，满足各种水深要求，因此本实用新型釆用的光学窗口为石英材质，所述石英材质的莫氏硬度为9.0，熔点为1750℃，抗压强度为20Mpa，拉抗强度为190 Mpa，透光率为95%，满足上述所有要求。

本实用新型的有益效果为：

（1）所述水下分层溶解氧测定仪，基于荧光猝灭原理，具有体积小，能够远程实时在线测量的优点，而且在测量过程中不会消耗水体中的溶解氧，无需考虑水体的流动速度和搅拌速度，也不需要参比电极，响应时间更快，不受外界磁场、化学环境影响。因此相比传统的溶解氧测量方法，具有明显的优势，克服了传统测量方法的缺陷；

（2）所述水下分层溶解氧测定仪，耐腐烛、耐高压，满足各种水深要求，特别适合水体监测中需求的多位点和多参数测量，更适合用于水体测量中的远程原位长期在线监测，通过测定不同水位深度处的溶解氧含量，并结合淤泥深度、电导率数据，预测水体黑臭，检测速度块和检测精度高，应用前景广阔。

附图说明

图1为本实用新型所述水下分层溶解氧测定仪的结构示意图。

图中：壳体1、检测探头2、传感器膜21、LED激发光源22、滤光片23、光学窗口24、光电接收管25、传感器帽26、橡胶圏261、检测电路板3、模拟电路板31、数字电路板32、电源电路板33、六角螺栓34、接插件35、密封接口4。

具体实施方式

下面结合附图1和具体实施例，进一步阐明本实用新型。

如图1所示的上述结构的水下分层溶解氧测定仪，包括壳体1、检测探头2、检测电路板3、密封接口4，所述检测探头2、检测电路板3、密封接口4分别设置在所述壳体1内的上部、中部、下部并相互连接；所述检测探头2包括传感器膜21、LED激发光源22、滤光片23、光学窗口24、光电接收管25，所述传感器膜21、LED激发光源22、滤光片23、光学窗口24、光电接收管25从上至下依次设置在所述检测探头2内，所述光电接收管25与所述检测电路板3连接。

进一步的，所述检测探头2还包括传感器帽26，所述传感器帽26通过螺纹旋转紧固在所述检测探头3的顶端。所述传感器帽26还包括橡胶圏261，所述橡胶圏261设置在所述传感器帽26上。

进一步的，所述检测电路板3包括模拟电路板31、数字电路板32、电源电路板33、六角螺栓34、接插件35，所述模拟电路板31、数字电路板32、电源电路板33依次通过所述六角螺栓34和接插件35连接在一起并紧固在所述检测探头2上。并且，所述模拟电路板31、数字电路板32、电源电路板33通过接插针连接。

进一步的，所述滤光片为红光滤光片，所述红光滤光片的中心波长为620nm。LED激发光源22包括蓝色LED激发光源221、红色LED激发光源222，所述蓝色LED激发光源221产生的激发光波长为470nm，所述红色LED激发光源222产生的激发光波长为620nm。并且，述LED激发光源22为L470-30M32系列LED。

此外，所述传感器膜21的荧光物质为Ru(dphphen)₃(ClO₄)，所述光学窗口24为石英材质，所述石英材质的莫氏硬度为9.0，熔点为1750℃，抗压强度为20Mpa，拉抗强度为190Mpa，透光率为95%。

实施例

基于以上的结构基础，如图1所示。

使用时，打开检测探头2中的LED激发光源22，用来激发照射传感器膜21，激发荧光信号，通过激发光和检测荧光相位偏差分析，可以测量溶解氧浓度。激发光由波长为470nm的蓝色LED激发光源221产生，透过光学窗口24后照射传感器膜21表面，激发出波长为620nm的红色荧光，荧光透过光学窗口24后，经过中心波长为620nm的红光滤光片23，消除杂散光干扰，由光电接收管25接收，转换为电信号。而红色LED激发光源222发射和荧光波长一致的红光，用作参考信号，校准由于检测电路本身引起的不固定延时。

激发出的荧光通过光学窗口24后，经过滤光片23，消除杂散光干扰，由光电接收管25接收，将光信号转换为交流电信号，通过检测电路3板将溶解氧含量信号传输给上位PC终端。其中，密封接口4为防水密封接口，为所述水下分层溶解氧测定仪提供接口进行数据传输。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims

1.一种水下分层溶解氧测定仪，其特征在于，包括壳体（1）、检测探头（2）、检测电路板（3）、密封接口（4），所述检测探头（2）、检测电路板（3）、密封接口（4）分别设置在所述壳体（1）内的上部、中部、下部并相互连接；所述检测探头（2）包括传感器膜（21）、LED激发光源（22）、滤光片（23）、光学窗口（24）、光电接收管（25），所述传感器膜（21）、LED激发光源（22）、滤光片（23）、光学窗口（24）、光电接收管（25）从上至下依次设置在所述检测探头（2）内，所述光电接收管（25）与所述检测电路板（3）连接。

2.根据权利要求1所述的水下分层溶解氧测定仪，其特征在于，所述检测探头（2）还包括传感器帽（26），所述传感器帽（26）通过螺纹旋转紧固在所述检测探头（2 ）的顶端。

3.根据权利要求2所述的水下分层溶解氧测定仪，其特征在于，所述传感器帽（26）还包括橡胶圏（261），所述橡胶圏（261）设置在所述传感器帽（26）上。

4.根据权利要求1所述的水下分层溶解氧测定仪，其特征在于，所述检测电路板（3）包括模拟电路板（31）、数字电路板（32）、电源电路板（33）、六角螺栓（34）、接插件（35），所述模拟电路板（31）、数字电路板（32）、电源电路板（33）依次通过所述六角螺栓（34）和接插件（35）连接在一起并紧固在所述检测探头（2）上。

5.根据权利要求4所述的水下分层溶解氧测定仪，其特征在于，所述模拟电路板（31）、数字电路板（32）、电源电路板（33）通过接插针连接。

6.根据权利要求1所述的水下分层溶解氧测定仪，其特征在于，所述滤光片（23）为红光滤光片，所述红光滤光片的中心波长为620nm。

7.根据权利要求1所述的水下分层溶解氧测定仪，其特征在于，所述LED激发光源（22）包括蓝色LED激发光源（221）、红色LED激发光源（222），所述蓝色LED激发光源（221）产生的激发光波长为470nm，所述红色LED激发光源（222）产生的激发光波长为620nm。

8.根据权利要求1所述的水下分层溶解氧测定仪，其特征在于，所述LED激发光源（22）为L470-30M32系列LED。

9.根据权利要求1所述的水下分层溶解氧测定仪，其特征在于，所述传感器膜（21）的荧光物质为Ru(dphphen)₃(ClO₄)。

10. 根据权利要求1所述的水下分层溶解氧测定仪，其特征在于，所述光学窗口（24）为石英材质，所述石英材质的莫氏硬度为9.0，熔点为1750℃，抗压强度为20Mpa，拉抗强度为190 Mpa，透光率为95%。