用于檢測海水ph值的微光信號檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于檢測海水PH值的微光信號檢測裝置，設(shè)置有用于流通海水樣品和指示劑的流路系統(tǒng)、用于對流路系統(tǒng)中的海水樣品或者海水樣品與指示劑的混合溶液進行光照檢測的光路檢測系統(tǒng)以及對光路檢測系統(tǒng)輸出的檢測信號進行接收并完成海水樣品PH值計算的主控系統(tǒng)。本發(fā)明針對海水PH值這一專用領(lǐng)域設(shè)計微光信號檢測裝置，采用精密的光路檢測系統(tǒng)和體積小巧的流路系統(tǒng)，實現(xiàn)采集微光信號到控制水樣混合分配控制的全自動化過程的操作，不僅避免了各種實驗室PH檢測儀器笨拙復雜的人工操作，節(jié)省了精力和成本，而且，形成的專業(yè)優(yōu)勢和高性能設(shè)備能夠確保信息采集、處理和控制更加系統(tǒng)、高效。
【專利說明】用于檢測海水PH值的微光信號檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋環(huán)境監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，是涉及一種用于對海水的PH值進行檢測的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]PH值是海水碳酸鹽體系的重要參數(shù)之一，也是海洋酸化的直接證據(jù)。海洋碳循環(huán)和海洋酸化研究需要連續(xù)精確地監(jiān)測海水的PH值。我國是海洋大國，海洋酸化和碳循環(huán)體系的研究是關(guān)系海洋環(huán)境、海洋災(zāi)害預(yù)警、海洋安全和海洋資源開發(fā)的重要任務(wù)，而海水PH值是反映海洋碳循環(huán)體系的重要指標之一，因此，檢測海水的PH值對海洋環(huán)境的安全監(jiān)測
至關(guān)重要。
[0003]目前國際上，在線檢測PH值的方法主要有兩種:一種是電極法；一種是分光光度法。電極法的檢測精度極限為±0.005，而分光光度法的檢測精度極限為±0.0007。采用電極法設(shè)計的檢測裝置，其優(yōu)點是價格低廉，但精度低，需要經(jīng)常矯正和更換探頭。而采用分光光度法設(shè)計的檢測裝置，其檢測準確度高，精密度好，且無需校正，因此已經(jīng)成為目前海水碳酸鹽體系研究中測定海水PH值的標準方法。雖然國外的科研人員研制了一系列基于分光光度法設(shè)計的PH值測定系統(tǒng)，但大多體積龐大、儀器笨拙，且需要復雜的人工操作，無法完全滿足海洋碳循環(huán)、海水酸化甚至全球氣候變化研究的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對海水 PH值檢測這一應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)計了一種微光信號檢測裝置，以簡化人工操作，提高海水PH值的檢測精度。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
一種用于檢測海水PH值的微光信號檢測裝置，設(shè)置有
流路系統(tǒng)，用于流通海水樣品和指示劑，包括流通池；
光路檢測系統(tǒng)，用于對流路系統(tǒng)中的海水樣品或者海水樣品與指示劑的混合溶液進行光照檢測，包括LED光源、一進三出光纖耦合器、三個濾光片和三個光電二極管；所述LED光源對流通池中的海水樣品或者海水樣品與指示劑的混合溶液進行照射，透過海水樣品或者所述混合溶液的光線耦合射入一進三出光纖耦合器，經(jīng)一進三出光纖耦合器將單路光線分為三路光線，分別射向三個濾光片，經(jīng)由三個濾光片濾出三路特定波長的光線分別射向三個光電二極管，經(jīng)由三個光電二極管分別進行光電轉(zhuǎn)換后，輸出三路檢測信號；
主控系統(tǒng)，接收三個光電二極管轉(zhuǎn)換輸出的檢測信號，計算出海水樣品的PH值。
[0006]進一步的，所述光路檢測系統(tǒng)首先對海水樣品進行光照檢測，輸出三路檢測信號Ιλ1#水、Ιλ2#水、込3#水，其中，λ 1、λ 2、λ 3分別為三個濾光片的濾光波長，且λ I為指示劑的酸態(tài)的最大吸收波長，λ 2為指示劑的堿態(tài)的最大吸收波長，λ 3為參比波長，所述參比波長為指示劑的酸態(tài)和堿態(tài)都不吸收的波長；然后，光路檢測系統(tǒng)對海水樣品與指示劑的混合溶液進7TT光照檢測，細出二路檢測?η ^ I λ I混合溶液、I λ 2混合溶液、I λ 3 -混合溶液；利用公式
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測海水PH值的微光信號檢測裝置，設(shè)置有 流路系統(tǒng)，用于流通海水樣品和指示劑，包括流通池； 光路檢測系統(tǒng)，用于對流路系統(tǒng)中的海水樣品或者海水樣品與指示劑的混合溶液進行光照檢測，包括LED光源、一進三出光纖耦合器、三個濾光片和三個光電二極管；所述LED光源對流通池中的海水樣品或者海水樣品與指示劑的混合溶液進行照射，透過海水樣品或者所述混合溶液的光線耦合射入一進三出光纖耦合器，經(jīng)一進三出光纖耦合器將單路光線分為三路光線，分別射向三個濾光片，經(jīng)由三個濾光片濾出三路特定波長的光線分別射向三個光電二極管，經(jīng)由三個光電二極管分別進行光電轉(zhuǎn)換后，輸出三路檢測信號； 主控系統(tǒng)，接收三個光電二極管轉(zhuǎn)換輸出的檢測信號，計算出海水樣品的PH值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測海水PH值的微光信號檢測裝置，其特征在于:所述光路檢測系統(tǒng)首先對海水樣品進行光照檢測，輸出三路檢測信號Ιλ1##、Ιλ2**> Ιλ3#Ρ其中，λ 1、λ 2、λ 3分別為三個濾光片的濾光波長，且λ I為指示劑的酸態(tài)的最大吸收波長，λ 2為指示劑的堿態(tài)的最大吸收波長，λ 3為參比波長，所述參比波長為指示劑的酸態(tài)和堿態(tài)都不吸收的波長；然后，光路檢測系統(tǒng)對海水樣品與指示劑的混合溶液進行光照檢測，輸出二路檢測號I λ I混合溶液、I λ 2混合溶液、I λ 3混合溶液; 利用公式
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于檢測海水PH值的微光信號檢測裝置，其特征在于:所述摩爾吸收系數(shù)比值e1、e2、e3由指示劑在最大吸收波長λ 1、λ 2處的摩爾吸光系數(shù)
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于檢測海水PH值的微光信號檢測裝置，其特征在于:所述指不劑為間甲酌 紫；所述λ l=578nm、λ 2=432nm、λ 3=730nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的用于檢測海水PH值的微光信號檢測裝置，其特征在于:在所述流路系統(tǒng)中還設(shè)置有三通閥組、水樣泵、指示劑泵和兩路定量環(huán)，所述流通池連接在第一路定量環(huán)中；在對海水樣品進行光照檢測時，控制三通閥組形成雙開環(huán)流路，在水樣泵的驅(qū)動下，通過第一路定量環(huán)對海水樣品進行定量取樣；在指示劑泵的驅(qū)動下，通過第二路定量環(huán)對指示劑進行定量取樣； 在對海水樣品與指示劑的混合溶液進行光照檢測時，控制三通閥組形成單閉環(huán)流路，使所述的兩路定量環(huán)接通，形成閉合環(huán)路，并在水樣泵或者指示劑泵的驅(qū)動下，使海水樣品和指示劑在閉合環(huán)路中流動，充分混合后再進行光照檢測。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于檢測海水PH值的微光信號檢測裝置，其特征在于:所述流通池為錐型流通池，將錐型流通池的頂點和底面連接在第一路定量環(huán)中；在錐型流通池的側(cè)面、位置相對的兩側(cè)設(shè)計接口，分別通過光纖與LED光源和一進三出光纖耦合器對應(yīng)耦合連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于檢測海水PH值的微光信號檢測裝置，其特征在于:在所述主控系統(tǒng)中設(shè)置有主處理器、LED光源驅(qū)動模塊、微光信號采集模塊和泵閥驅(qū)動模塊；所述主處理器在測試開始后，執(zhí)行如下控制過程: a、控制泵閥驅(qū)動模塊對三通閥組的連通通路進行調(diào)整，使第一路定量環(huán)連接在海水樣品容器與廢液池之間，第二路定量環(huán)連接在指示劑容器與廢液池之間； b、控制泵閥驅(qū)動模塊分別啟動水樣泵和指示劑泵，對兩路定量環(huán)的管路進行沖洗并完成定量取樣； C、控制LED光源驅(qū)動模塊啟動，驅(qū)動LED光源發(fā)光，照射流通池中海水樣品，并控制微光信號采集模塊采集三路光電二極管輸出的海水樣品檢測信號，并進行記錄； d、控制LED光源驅(qū)動模塊關(guān)閉； e、控制泵閥驅(qū)動模塊對三通閥組的連通通路進行調(diào)整，使兩路定量環(huán)接通，形成閉合環(huán)路；然后，啟動水樣泵，驅(qū)動定量取樣的海水樣品和指示劑在閉合環(huán)路中流動，待充分混合后，控制水樣泵停止； f、控制LED光源驅(qū)動模塊啟動，驅(qū)動LED光源發(fā)光，照射流通池中的混合溶液，并控制微光信號采集模塊采集三路光電二極管輸出的混合溶液檢測信號，并進行記錄； g、根據(jù)記錄的海水樣品檢測信號和混合溶液檢測信號，計算出海洋樣品的PH值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于檢測海水PH值的微光信號檢測裝置，其特征在于:在所述LED光源驅(qū)動模塊中設(shè)置有恒流基準源，所述恒流基準源在接收到主處理器輸出的啟動信號后，輸出恒定電流至LED光源，驅(qū)動LED光源發(fā)射白光。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于檢測海水PH值的微光信號檢測裝置，其特征在于:在所述微光信號采集模塊中設(shè)置有整形濾波隔離電路、可編程增益放大器和A/D轉(zhuǎn)換器；所述整形濾波隔離電路接收三路光電二極管輸出的檢測信號，并對三路檢測信號進行隔離和整形濾波處理后，發(fā)送至可編程增益放大器進行放大，然后發(fā)送至A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸出至所述的主處理器；所述主處理器輸出增益選擇控制信號至可編程增益放大器，對可編程增益放大器的放大倍數(shù)進行調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于檢測海水PH值的微光信號檢測裝置，其特征在于:在所述微光信號檢測裝置中還設(shè)置有電源模塊、存儲模塊和通信模塊；所述電源模塊接收電池供電，并轉(zhuǎn)換成不同的直流電源為裝置中的不同用電負載供電；所述主處理器將接收到的檢測信號以及計算結(jié)果寫入存儲模塊進行保存，并將計算結(jié)果通過通信模塊上傳至上位機。
【文檔編號】G01N21/77GK103698287SQ201310702868
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】馬然, 曹璐, 褚東志, 張述偉, 程巖, 任國興, 吳丙偉, 吳寧, 劉東彥, 王茜, 郭翠蓮, 劉巖, 王洪亮 申請人:山東省科學院海洋儀器儀表研究所