專利名稱：便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)量系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是一種用于水樣測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)，具體為一種便 攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
活體熒光法是一種無(wú)需實(shí)驗(yàn)室化學(xué)處理，即可實(shí)時(shí)、快速、原位檢測(cè)水體水質(zhì)的方 法。現(xiàn)有活體熒光水下光機(jī)測(cè)量裝置機(jī)體為了防水防銹，多全采用不銹鋼外殼，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 造價(jià)昂貴，由此造成設(shè)備過(guò)大過(guò)重，便攜性極差，無(wú)法滿足現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)水體水質(zhì)快速原 位監(jiān)測(cè)的要求。這些儀器往往功能單一，在對(duì)熒光進(jìn)行測(cè)量的同時(shí)，缺少對(duì)水體濁度，水溫 水壓的測(cè)量，這樣無(wú)法為水體水質(zhì)的分析和改善提供更全面的數(shù)據(jù)信息。在使用中還發(fā)現(xiàn)， 由于野外水下環(huán)境復(fù)雜，儀器的光學(xué)監(jiān)測(cè)窗口，極易受水中懸浮物及微生物的附著，影響光 路的測(cè)量，因此不能被固定在某一點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)期的連續(xù)測(cè)量。此外為了改善儀器性能，裝置中 對(duì)于多激發(fā)光源及其監(jiān)控裝置的光機(jī)設(shè)計(jì)也是亟待解決的關(guān)鍵性問(wèn)題?？梢?jiàn)這些問(wèn)題存在 制約著活體熒光光機(jī)測(cè)量裝置大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在 的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量，測(cè)量參數(shù)單一，測(cè)量窗口易受水中微生物附著的問(wèn)題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)，包括有第一、第二黑尼龍筒體，所述黑尼龍筒體 之間密封連接內(nèi)有空腔的半圓座構(gòu)成監(jiān)測(cè)筒體，所述監(jiān)測(cè)筒體兩端筒口中分別設(shè)置有密封 的端蓋，監(jiān)測(cè)筒體外套有黑尼龍外殼，所述黑尼龍外殼和監(jiān)測(cè)筒體之間連接有支撐柱，其特 征在于所述監(jiān)測(cè)筒體一端端蓋中插接有插接式電纜，另一端端蓋中設(shè)置有壓力傳感器，監(jiān) 測(cè)筒體中的黑尼龍筒體內(nèi)設(shè)置有彼此電連接的信號(hào)檢測(cè)電路、數(shù)據(jù)采集電路和由微處理器 構(gòu)成的微控制電路，所述壓力傳感器與所述信號(hào)檢測(cè)電路電連接，所述半圓座頂部、半圓座 和黑尼龍筒體結(jié)合處的黑尼龍筒體端壁上部分別設(shè)置有彼此成U形分布的窗片，其中第一 黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處端壁下部安裝有熒光激發(fā)光源，所述端壁上部位于對(duì)應(yīng)窗片處 安裝有與信號(hào)檢測(cè)電路電連接的光電倍增管；半圓座空腔中設(shè)置有位于熒光激發(fā)光源光路 上的45°分束片，所述45°分束片位于半圓座頂部窗片下方且反射面朝向半圓座頂部窗 片；所述第二黑尼龍筒體內(nèi)部位于對(duì)應(yīng)窗片處設(shè)置有濁度測(cè)量光源、位于45°分束片透射 光路上的與信號(hào)檢測(cè)電路電連接的光強(qiáng)探測(cè)器，所述光電倍增管位于濁度測(cè)量光源的出射 光光路上；所述黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處的側(cè)壁上部之間還安裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)的窗片清潔 刷，窗片清潔刷的刷毛與U形分布的窗片接觸，所述第二黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處的側(cè) 壁上部還設(shè)置有與水接觸的且與信號(hào)檢測(cè)電路電連接的水溫傳感器。所述的便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述窗片清潔刷包括矩形 框狀的刷體，所述刷體上部安裝有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸兩端分別轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處的側(cè)壁上部，一個(gè)黑尼龍筒體內(nèi)設(shè)置有與轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)連接的電機(jī)，刷體的底部、側(cè)部對(duì)應(yīng) U形分布的窗片位置分別設(shè)置有與窗片接觸的刷毛，所述黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處側(cè)壁 上部開(kāi)有弧形槽，轉(zhuǎn)軸上部設(shè)置有卡入弧形槽中的限位卡。所述的便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述熒光激發(fā)光源采用六 種不同波段的高亮LED。所述的便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述濁度測(cè)量光源采用 7IOnm波段的LED。1所述的便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述光強(qiáng)探測(cè)器采用硅
光二極管。所述的便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述熒光光源、45°分束片 之間光路上的第一黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處端壁中設(shè)置有濾光片，所述45°分束片、光 強(qiáng)探測(cè)器之間光路上的第二黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處端壁中設(shè)置有雙凸透鏡，所述濁度 測(cè)量光源、第二黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處端壁中的窗片之間設(shè)置有雙路透鏡，所述光電 倍增管、第一黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處端壁中的窗片之間亦設(shè)置有雙路透鏡。本發(fā)明利用了一種含有45度光束，實(shí)現(xiàn)了便攜式水下原位熒光儀測(cè)量光光源的 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制和收發(fā)成90度角熒光測(cè)量系統(tǒng)的光機(jī)設(shè)計(jì)；采用單獨(dú)的濁度測(cè)量光源并 利用熒光測(cè)量所用的同一光電探測(cè)器實(shí)現(xiàn)了水樣的濁度測(cè)量；通過(guò)筒內(nèi)部防水電機(jī)帶動(dòng)筒 外窗片清潔刷，實(shí)現(xiàn)水下同時(shí)對(duì)多塊窗片進(jìn)行清潔；溫度傳感器被集成在第二黑尼龍筒體 和半圓座結(jié)合處的側(cè)壁上部，在不影響熒光測(cè)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了水溫的測(cè)量；壓力傳感器集 成在監(jiān)測(cè)筒體一端端蓋中，實(shí)現(xiàn)了水壓的測(cè)量。監(jiān)測(cè)筒體大量使用重量輕，耐腐蝕，穩(wěn)定性 好的黑尼龍代替不銹鋼筒體。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了水樣的熒光測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光測(cè)量中的測(cè)量光影響的實(shí)時(shí)監(jiān)控， 本發(fā)明采用光電探測(cè)器在測(cè)量熒光的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了水樣的濁度測(cè)量。本發(fā)明集成有溫度及壓 力傳感器，可以監(jiān)測(cè)水溫水壓。本發(fā)明中的窗片清潔刷，解決了傳感器長(zhǎng)期水下使用時(shí)的窗 口清潔問(wèn)題。本發(fā)明可以用作環(huán)境監(jiān)測(cè)部門對(duì)水體水樣的野外快速調(diào)查，具有重量輕，便于 攜帶等優(yōu)點(diǎn)，也可安裝于浮標(biāo)或者自動(dòng)監(jiān)測(cè)站上用于對(duì)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體的長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)外視圖。圖2為本發(fā)明監(jiān)測(cè)筒體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明監(jiān)測(cè)筒體結(jié)構(gòu)剖視圖。圖4為本發(fā)明半圓座和黑尼龍筒體結(jié)合位置放大剖視圖。圖5為本發(fā)明內(nèi)部測(cè)量光路原理圖。圖6為本發(fā)明窗片清潔刷位置放大示意圖。圖7為本發(fā)明窗片清潔刷結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示。本發(fā)明由黑尼龍外殼1和監(jiān)測(cè)筒體2組成，監(jiān)測(cè)筒體2通過(guò)八個(gè)支 撐柱3與黑尼龍外殼1相連，在黑尼龍外殼1和監(jiān)測(cè)筒體2之間空隙形成測(cè)量水通道，即光
4學(xué)暗室。如圖2，圖3所示。監(jiān)測(cè)筒體2包括防水電纜4、防水連接器5、端蓋6、第一黑尼龍 筒體7-1、第二黑尼龍筒體7-2、半圓座8、端蓋9、特制防水螺帽10、窗片清潔刷11等部件 組成。其中防水連接器5是一種具有防水功能的八芯連接器，由插頭5-1與插座5-2兩部 分組成，方便快速插拔并具良好的密封性。插頭5-1端與防水八芯電纜密封連接，用于與手 持式控制終端進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。插座5-2端含有防水密封圈12并通過(guò)螺釘13與端蓋6連 接。端蓋6連接鋼絲繩用以提拉整個(gè)筒體并通過(guò)密封圈14與第一黑尼龍筒體7-1密封連 接。黑尼龍筒體具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度，卓越的耐化學(xué)性，和尺寸穩(wěn)性、重量輕等特點(diǎn)，用以替 代需發(fā)黑處理的金屬材料可在水下環(huán)境使用，并與黑尼龍外殼形成光學(xué)暗室。黑尼龍筒體 內(nèi)部含有信號(hào)檢測(cè)電路，數(shù)據(jù)采集電路，由微處理器構(gòu)成的微控制電路。半圓座8內(nèi)部包含 監(jiān)測(cè)所用的45°分束片23，其兩端通過(guò)密封圈15與黑尼龍筒體密封連接，其表面突出探頭 為PtlOO溫度傳感器16，用以測(cè)量水下溫度；特殊設(shè)計(jì)的螺帽10，具有防水便于拆卸等特 點(diǎn)，通過(guò)與筒體內(nèi)螺桿17來(lái)加固監(jiān)測(cè)筒體。端蓋9通過(guò)密封圈18與第二黑尼龍筒體7-2 密封連接，端蓋9中設(shè)置有壓力傳感器19和傳感器保護(hù)蓋20，用以測(cè)量水中壓力。如圖4所示。儀器的測(cè)量光路主要由熒光激發(fā)光源21、濾光片22、45°分束片23、 透鏡24、光強(qiáng)探測(cè)器25、光學(xué)窗片26、濁度測(cè)量光源27以及光電倍增管30構(gòu)成。采用六種 不同波段的高亮LED作為熒光激發(fā)光源21，同時(shí)使用一個(gè)710nm波段的LED作為水體的濁 度測(cè)量光源27。半圓座8和黑尼龍筒體通過(guò)螺釘連接并擠壓密封圈28來(lái)達(dá)到防水密封的 目的。半圓座8和黑尼龍筒體結(jié)合處的黑尼龍筒體端壁擠壓密封圈29實(shí)現(xiàn)側(cè)面密封黑尼 龍筒體。U形分布的三個(gè)窗片26，窗片26邊沿涂上防水膠固定，且為便于窗口清潔，粘貼時(shí) 保證窗口與窗片外表面齊平。在溫度傳感器16與端蓋螺紋連接，螺紋結(jié)合處也用防水膠進(jìn) 行填充。其他光學(xué)器件如透鏡24，濾光片22，可直接粘貼或用壓圈固定于窗片相應(yīng)位置，如 壓圈。45°分束片23用螺釘固定于半圓座中。熒光激發(fā)光源21、濁度測(cè)量光源27、光強(qiáng)探 測(cè)器25、光電倍增管30分別固定于黑尼龍筒體內(nèi)部，并要保證發(fā)光面或探測(cè)面與系統(tǒng)光軸 同軸。如圖5所示。測(cè)量過(guò)程中通過(guò)微控制系統(tǒng)可分別控制6種不同波段的高亮LED光 源構(gòu)成的熒光激發(fā)光源21，其發(fā)出的光被濾光片22-1濾除雜散光后，經(jīng)鍍鋁膜的45°分束 片23產(chǎn)生兩路光束，其中一束約5%強(qiáng)度的光透過(guò)45°分束片23后，被焦距f = 25mm，材 料“JGS1”的雙凸透鏡24-1收集并匯聚于采用硅光二極管的光強(qiáng)探測(cè)器25，用于熒光激發(fā) 光源21的狀態(tài)，并反饋給微控制系統(tǒng)，解決了對(duì)熒光測(cè)量中的測(cè)量光影響的實(shí)時(shí)監(jiān)控。另 一束約95%強(qiáng)度的光被45°分束片23表面反射，折向90°方向，被焦距f = 25mm，材料 “JGS1”的雙凸透鏡24-2經(jīng)“JGS1”窗片后匯聚于測(cè)量點(diǎn)31處，并激發(fā)此處待測(cè)水樣發(fā)射出 熒光。隨后被激發(fā)出的部分散射熒光經(jīng)過(guò)另一“JGS1”窗片被焦距f= 17mm，材料“JGS1” 雙凸透鏡24-3收集，透過(guò)濾光片22-2到達(dá)光電倍增管30，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換和放大，輸出到后 續(xù)電路進(jìn)行分析。另一方面通過(guò)微控制系統(tǒng)控制濁度測(cè)量光源27，發(fā)出710nm波段的光，通 過(guò)焦距f = 17_，材料“JGS1”雙凸透鏡24-4產(chǎn)生準(zhǔn)平行光，經(jīng)過(guò)“JGS1”窗片24_4后進(jìn)入 水體。由于水體渾濁度不同，引起透射光強(qiáng)度變化，通過(guò)窗片后，被透鏡24-3收集，經(jīng)過(guò)濾 光片22-2到達(dá)光電倍增管30并進(jìn)行分析。如圖6、圖7所示。窗片清潔刷11主要由刷體11-1，刷毛11_2，轉(zhuǎn)軸11_3，軸承
511-4，防水電機(jī)11-5，限位的弧形槽11-6，限位卡11-7組成，刷體11-1由較輕的PVC材料制 作，并且刷體11-1中間掏空，這樣有利于刷體11-1運(yùn)動(dòng)并減小水對(duì)其阻力。刷體11-1三 面鑲有水下可用的特質(zhì)刷毛11-2，整個(gè)刷體11-1由螺釘固定在轉(zhuǎn)軸11-3下部，轉(zhuǎn)軸11-3 上兩端含有軸承11-4，軸承11-4安裝在半圓座8和黑尼龍筒體結(jié)合處的黑尼龍筒體端壁 上，轉(zhuǎn)軸11-3 —端與第二黑尼龍筒體7-2內(nèi)部的防水電機(jī)11-5相連。工作時(shí)在電機(jī)和電 路控制系統(tǒng)的的共同作用下，刷體圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸以180度來(lái)回?cái)[動(dòng)，在刷體11-1擺動(dòng)的同時(shí)， 刷毛11-2分別清潔U形分布的三塊窗片，這樣解決了傳感器長(zhǎng)期水下使用時(shí)的窗口清潔問(wèn) 題。同時(shí)弧形槽11-6和限位卡11-7配合，限制刷體11-1的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。
權(quán)利要求
便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)，包括有第一、第二黑尼龍筒體，所述黑尼龍筒體之間密封連接內(nèi)有空腔的半圓座構(gòu)成監(jiān)測(cè)筒體，所述監(jiān)測(cè)筒體兩端筒口中分別設(shè)置有密封的端蓋，監(jiān)測(cè)筒體外套有黑尼龍外殼，所述黑尼龍外殼和監(jiān)測(cè)筒體之間連接有支撐柱，其特征在于所述監(jiān)測(cè)筒體一端端蓋中插接有插接式電纜，另一端端蓋中設(shè)置有壓力傳感器，監(jiān)測(cè)筒體中的黑尼龍筒體內(nèi)設(shè)置有彼此電連接的信號(hào)檢測(cè)電路、數(shù)據(jù)采集電路和由微處理器構(gòu)成的微控制電路，所述壓力傳感器與所述信號(hào)檢測(cè)電路電連接，所述半圓座頂部、半圓座和黑尼龍筒體結(jié)合處的黑尼龍筒體端壁上部分別設(shè)置有彼此成U形分布的窗片，其中第一黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處端壁下部安裝有熒光激發(fā)光源，所述端壁上部位于對(duì)應(yīng)窗片處安裝有與信號(hào)檢測(cè)電路電連接的光電倍增管；半圓座空腔中設(shè)置有位于熒光激發(fā)光源光路上的45°分束片，所述45°分束片位于半圓座頂部窗片下方且反射面朝向半圓座頂部窗片；所述第二黑尼龍筒體內(nèi)部位于對(duì)應(yīng)窗片處設(shè)置有濁度測(cè)量光源、位于45°分束片透射光路上的與信號(hào)檢測(cè)電路電連接的光強(qiáng)探測(cè)器，所述光電倍增管位于濁度測(cè)量光源的出射光光路上；所述黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處的側(cè)壁上部之間還安裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)的窗片清潔刷，窗片清潔刷的刷毛與U形分布的窗片接觸，所述第二黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處的側(cè)壁上部還設(shè)置有與水接觸的且與信號(hào)檢測(cè)電路電連接的水溫傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述窗片清 潔刷包括矩形框狀的刷體，所述刷體上部安裝有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸兩端分別轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在黑尼龍筒 體和半圓座結(jié)合處的側(cè)壁上部，一個(gè)黑尼龍筒體內(nèi)設(shè)置有與轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)連接的電機(jī)，刷體的 底部、側(cè)部對(duì)應(yīng)U形分布的窗片位置分別設(shè)置有與窗片接觸的刷毛，所述黑尼龍筒體和半 圓座結(jié)合處側(cè)壁上部開(kāi)有弧形槽，轉(zhuǎn)軸上部設(shè)置有卡入弧形槽中的限位卡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述熒光激 發(fā)光源采用六種不同波段的高亮LED。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述濁度測(cè) 量光源采用710nm波段的LED。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述光強(qiáng)探 測(cè)器采用硅光二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述熒光光 源、45°分束片之間光路上的第一黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處端壁中設(shè)置有濾光片，所述 45°分束片、光強(qiáng)探測(cè)器之間光路上的第二黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處端壁中設(shè)置有雙凸 透鏡，所述濁度測(cè)量光源、第二黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處端壁中的窗片之間設(shè)置有雙路 透鏡，所述光電倍增管、第一黑尼龍筒體和半圓座結(jié)合處端壁中的窗片之間亦設(shè)置有雙路 透鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種便攜式水下原位熒光儀光機(jī)系統(tǒng)，包括有黑尼龍筒體，黑尼龍筒體之間有空腔半圓座構(gòu)成監(jiān)測(cè)筒體，監(jiān)測(cè)筒體兩端筒口中有端蓋，監(jiān)測(cè)筒體外套有黑尼龍外殼。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了水樣的熒光測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光測(cè)量中的測(cè)量光影響的實(shí)時(shí)監(jiān)控，本發(fā)明集成有溫度及壓力傳感器，可以監(jiān)測(cè)水溫水壓。本發(fā)明中的窗片清潔刷，解決了傳感器長(zhǎng)期水下使用時(shí)的窗口清潔問(wèn)題。本發(fā)明可以用作環(huán)境監(jiān)測(cè)部門對(duì)水體水樣的野外快速調(diào)查，具有重量輕，便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，也可安裝于浮標(biāo)或者自動(dòng)監(jiān)測(cè)站上用于對(duì)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體的長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/64GK101957320SQ20101025561
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者劉文清, 張玉鈞, 殷高方, 王志剛, 王歡博, 肖雪, 阮俊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所