一種海洋葉綠素?zé)晒庠槐O(jiān)測儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可用于3000m水深的小型葉綠素?zé)晒庠槐O(jiān)測儀，采用激發(fā)光調(diào)制和同步檢測技術(shù)，系統(tǒng)光路優(yōu)化和低功耗電路設(shè)計(jì)，具有檢測精度高、功耗低、抗環(huán)境光干擾等優(yōu)點(diǎn)，可連接水下電池進(jìn)行長期自容式工作或安裝到拖體進(jìn)行水下拖曳和垂直剖面調(diào)查，并可模塊化集成到多參數(shù)系統(tǒng)、海洋浮標(biāo)／潛標(biāo)、海底觀測網(wǎng)等第三方平臺(tái)進(jìn)行原位連續(xù)監(jiān)測?？煞奖恪⒖焖俚貙?shí)現(xiàn)近岸到大洋不同海域葉綠素濃度的垂直和水平分布測定。
【專利說明】一種海洋葉綠素?zé)晒庠槐O(jiān)測儀【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋環(huán)境原位監(jiān)測領(lǐng)域，特別涉及一種海洋葉綠素?zé)晒庠槐O(jiān)測儀?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]葉綠素是海洋浮游藻類體內(nèi)主要的光合色素，海洋浮游藻類的分布受海區(qū)溫度、光照、營養(yǎng)鹽含量、上升流和湍流等水體混合程度以及浮游動(dòng)物攝食等諸多因素影響，測定葉綠素在不同海區(qū)分布及其季節(jié)變化特征具有重要的生態(tài)學(xué)意義。 [0003]目前藻類葉綠素測定主要采用萃取熒光法，該方法具有較高靈敏度，可以準(zhǔn)確測定葉綠素含量，但是需要進(jìn)行現(xiàn)場采樣和樣品預(yù)處理，耗時(shí)較長，整個(gè)過程中影響因素較多，且獲得的數(shù)據(jù)量有限。1966年，Lorenzen提出了熒光法連續(xù)測量活體內(nèi)葉綠素含量的方法，使海水葉綠素現(xiàn)場連續(xù)觀測技術(shù)得到發(fā)展。葉綠素?zé)晒夥ǖ陌l(fā)展趨勢是現(xiàn)場熒光測量，觀測方法有兩種:一是基于調(diào)查船，將熒光計(jì)安裝到拖體上以一定深度進(jìn)行水平拖曳和波動(dòng)拖曳，或在航行過程中連續(xù)采水由船上熒光計(jì)測定；二是基于海洋浮標(biāo)、海底觀測網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)進(jìn)行長期原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)長距離實(shí)時(shí)傳輸。
[0004]因此設(shè)計(jì)一種小型、多用途、高性能的海洋葉綠素原位監(jiān)測儀，滿足不同海洋環(huán)境和調(diào)查條件使用需求，以實(shí)現(xiàn)不同海區(qū)葉綠素連續(xù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測對(duì)我國海洋環(huán)境調(diào)查具
有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種可用于3000m水深的葉綠素?zé)晒庠槐O(jiān)測儀，采用標(biāo)準(zhǔn)六芯水密接口，檢測精度高、功耗低，可連接水下電池進(jìn)行長期自容式工作或安裝到拖體進(jìn)行水下拖曳和垂直剖面調(diào)查，并可集成到多參數(shù)系統(tǒng)、海洋浮標(biāo)/潛標(biāo)、海底觀測網(wǎng)等第三方平臺(tái)進(jìn)行原位連續(xù)監(jiān)測?？煞奖?、快速地實(shí)現(xiàn)近岸到大洋不同海域葉綠素濃度的垂直和水平分布測定。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種海洋葉綠素?zé)晒庠槐O(jiān)測儀，其特征在于，包括以下部分:
[0007](I)特定波長激發(fā)光源，所述兩個(gè)特定波長激發(fā)光源在脈沖電流驅(qū)動(dòng)下同步周期性發(fā)光，并由左右兩側(cè)平行相對(duì)照射外部樣品感應(yīng)室；
[0008](2)光學(xué)檢測系統(tǒng)，所述光學(xué)檢測系統(tǒng)依次由石英玻璃窗口、雙凸透鏡一、干涉濾光片、雙凸透鏡二和光電感應(yīng)器組成，用于接收樣品突光，實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換；
[0009](3)電源管理模塊，所述電源管理模塊用于整個(gè)系統(tǒng)電源管理，實(shí)現(xiàn)脈沖激發(fā)光源驅(qū)動(dòng)，并為儀器信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換、調(diào)理、儲(chǔ)存、通訊功能的實(shí)現(xiàn)提供電源；
[0010](4)模擬電路模塊，所述模擬電路模塊采用激發(fā)光調(diào)制和開關(guān)檢波同步解調(diào)微弱電流放大電路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)微弱光電信號(hào)采集和調(diào)理，包括電流/電壓轉(zhuǎn)換、帶通濾波、交流放大、開關(guān)濾波和低通濾波；
[0011](5)數(shù)字電路模塊，所述數(shù)字電路模塊采用低功耗微處理器和外部電路優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)A / D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通訊控制；
[0012](6)耐高壓密封艙，所述耐高壓密封艙使用POM工程塑料加工制成，頂部石英玻璃窗口采用密封圈徑向密封安裝，底部連接水密接插件；
[0013](7)水密接插件，所述水密接插件為深海用標(biāo)準(zhǔn)六芯水密接插件，用于儀器電氣連接。
[0014]進(jìn)一步，所述兩個(gè)特定激發(fā)光源為直插式金屬外殼球形發(fā)光二極管(LightEmitting Diode, LED)，峰值波長455nm_475nm，半強(qiáng)度角01/2=3°~10°，光輻射強(qiáng)度6Omff / sr。
[0015]進(jìn)一步，所述光學(xué)檢測系統(tǒng)采用共軛聚焦光路設(shè)計(jì)，各光學(xué)元件中心同軸，兩個(gè)LED激發(fā)光源照射形成的光柱與光學(xué)軸心垂直且所述激發(fā)光柱的中心位于雙凸透鏡一的外側(cè)焦點(diǎn)處，光電感應(yīng)器位于雙凸透鏡一和雙凸透鏡二的內(nèi)側(cè)焦點(diǎn)處。
[0016]進(jìn)一步，所述干涉濾光片為帶通濾光片，透過波長范圍660nm-700nm,截至深度≥0D4。
[0017]進(jìn)一步，所述光電感應(yīng)器為低暗電流、大面積PN型硅光電二極管式傳感器。
[0018]進(jìn)一步，系統(tǒng)具有正常工作模式和低功耗休眠模式兩種狀態(tài)。
[0019]進(jìn)一步，所述耐高壓密封艙采用30MPa以上耐壓機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各部件使用密封圈徑向密封，可用于0-3000m水深監(jiān)測。
[0020]進(jìn)一步，具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和水下自容式存儲(chǔ)功能，可通過水下電纜連接PC機(jī)或便攜式手持終端進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸或者連接水下電池進(jìn)行自容存儲(chǔ)工作，數(shù)據(jù)保存至內(nèi)部存儲(chǔ)器，出水后進(jìn)行數(shù)據(jù)下載，擴(kuò)展了儀器的應(yīng)用范圍。
[0021]進(jìn)一步，內(nèi)部存儲(chǔ)器為IM~4M Flash內(nèi)存芯片，可存儲(chǔ)40萬組以上數(shù)據(jù)。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:采用標(biāo)準(zhǔn)六芯水密接口，檢測精度高、功耗低，可連接水下電池進(jìn)行長期自溶式工作或安裝到拖體進(jìn)行水下拖曳和垂直剖面調(diào)查，并可模塊化集成到多參數(shù)系統(tǒng)、海洋浮標(biāo)/潛標(biāo)、海底觀測網(wǎng)等第三方平臺(tái)進(jìn)行原位連續(xù)監(jiān)測?？煞奖?、快速地實(shí)現(xiàn)近岸到大洋不同海域葉綠素濃度的垂直和水平分布測定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明的光學(xué)檢測示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明的檢測部分機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖1-3中，1、頂端遮光擋板，2、激發(fā)光源座，3、端蓋，4、光學(xué)檢測系統(tǒng)，5、殼體內(nèi)部模擬電路模塊，6、數(shù)字電路模塊，7、電源管理模塊，8、耐高壓密封外殼，9、后蓋，10、水密接插件，IULED激發(fā)光源，12、光源窗口，13、檢測窗口，14、雙凸透鏡一，15、干涉濾光片，16、雙凸透鏡二，17、光電感應(yīng)器。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0028]如圖1所示，一種海洋葉綠素?zé)晒庠槐O(jiān)測儀，整體結(jié)構(gòu)為圓柱體形(殼體長168mm，直徑64mm)，主要組成部分包括:頂部兩個(gè)激發(fā)光源座2，端蓋3內(nèi)部的光學(xué)檢測系統(tǒng)4，殼體內(nèi)部模擬電路模塊5、數(shù)字電路模塊6和電源管理模塊7，以及耐高壓密封外殼8、后蓋9和水密接插件10。
[0029]儀器光學(xué)檢測原理如圖2所示，兩個(gè)特定波長LEDll同步周期性發(fā)出藍(lán)色激發(fā)光，經(jīng)光源窗口 12射出，外部樣品中葉綠素a分子受藍(lán)光激發(fā)產(chǎn)生紅色熒光，部分熒光進(jìn)入光源垂直方向的共軛聚焦光學(xué)檢測系統(tǒng)。依次經(jīng)過石英玻璃窗口 13、雙凸透鏡一 14、干涉濾光片15、雙凸透鏡二 16,匯聚于光電感應(yīng)器17,成為檢測信號(hào),交由內(nèi)部電路進(jìn)行處理。
[0030]檢測部分機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3所示，儀器頂端遮光擋板I通過不銹鋼螺絲分別與兩個(gè)激發(fā)光源座2相連，然后由內(nèi)部螺絲左右對(duì)稱安裝到端蓋3上部；光源安裝方式為:先將470nm LEDll安裝到激發(fā)光源座2內(nèi)部，然后用光源窗口 12和密封圈與外界環(huán)境密封；激發(fā)光源座2和端蓋3之間有連通的穿線孔，用于將LED電源線連接到殼體內(nèi)的電路板；遮光擋板1、激發(fā)光源座2和端蓋3所圍成的外部空間組成樣品感應(yīng)室，為樣品檢測區(qū)域。
[0031]儀器光學(xué)檢測系統(tǒng)4位于端蓋3中心圓柱形空心槽內(nèi)，從外到內(nèi)依次由檢測窗口13、雙凸透鏡一 14、干涉濾光片15、雙凸透鏡二 16和光電感應(yīng)器17組成，感應(yīng)室內(nèi)樣品在激發(fā)光照射下產(chǎn)生熒光，經(jīng)透鏡組匯聚和濾光片選擇性透過，最后由光電感應(yīng)器17接收，實(shí)現(xiàn)微弱突光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
[0032]模擬電路模塊5通過3個(gè)六角銅柱連接到端蓋3底部，數(shù)字電路模塊6和電源管理模塊7依次通過六角銅柱連接，三塊電路模塊之間通過板上接插件實(shí)現(xiàn)電路連接。光電感應(yīng)器17通過兩芯屏蔽線連接到模擬電路模塊5，實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)采集，兩個(gè)LEDl I分別與電源管理模塊7連接，驅(qū)動(dòng)光源脈沖發(fā)光。
[0033]所述模擬電路模塊5用于光電轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)的接收和調(diào)理，包括電流/電壓轉(zhuǎn)換、帶通濾波、交流放大、開關(guān)檢波和低通濾波；所述數(shù)字電路模塊6用于實(shí)現(xiàn)模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通訊等功能；所述電源管理模塊7用于整個(gè)系統(tǒng)電源管理，實(shí)現(xiàn)脈沖激發(fā)光源驅(qū)動(dòng)，并為儀器信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換、調(diào)理、儲(chǔ)存、通訊等各種功能實(shí)現(xiàn)提供電源；
[0034]所述耐高壓密封艙8、后蓋9、端蓋3使用POM工程塑料加工制成，端部石英玻璃檢測窗口 13采用密封圈密封安裝，底部使用深海用水密接插件10連接到電源管理模塊7，通過水密接插件10和水下電纜進(jìn)行外部供電，并以RS-232通訊方式與PC機(jī)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；或通過水密接插件10接水下電池進(jìn)行自主工作，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于內(nèi)部FLASH芯片。
[0035]傳感器輸出為A / D信號(hào)值，需進(jìn)行校準(zhǔn)，將信號(hào)值與樣品葉綠素濃度建立關(guān)系。經(jīng)測試本發(fā)明的測量范圍為0.0l-1OOiIg / L0
[0036]顯而易見，在不偏離本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍的前提下，在此描述的本發(fā)明可以有許多變化。因此，所有對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的改變，都應(yīng)包括在本權(quán)利要求書所涵蓋的范圍之內(nèi)。本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍僅由所述的權(quán)利要求書進(jìn)行限定。
【權(quán)利要求】
1.一種海洋葉綠素?zé)晒庠槐O(jiān)測儀，其特征在于，包括以下部分: (1)特定波長激發(fā)光源，所述兩個(gè)特定波長激發(fā)光源在脈沖電流驅(qū)動(dòng)下同步周期性發(fā)光，并由左右兩側(cè)平行相對(duì)照射外部樣品感應(yīng)室； (2)光學(xué)檢測系統(tǒng)，所述光學(xué)檢測系統(tǒng)依次由石英玻璃窗口、雙凸透鏡一、干涉濾光片、雙凸透鏡二和光電感應(yīng)器組成，用于接收樣品熒光，實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換； (3)電源管理模塊，所述電源管理模塊用于整個(gè)系統(tǒng)電源管理，實(shí)現(xiàn)脈沖激發(fā)光源驅(qū)動(dòng)，并為儀器信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換、調(diào)理、儲(chǔ)存、通訊功能的實(shí)現(xiàn)提供電源； (4)模擬電路模塊，所述模擬電路模塊采用激發(fā)光調(diào)制和開關(guān)檢波同步解調(diào)微弱電流放大電路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)微弱光電信號(hào)采集和調(diào)理，包括電流/電壓轉(zhuǎn)換、帶通濾波、交流放大、開關(guān)濾波和低通濾波； (5)數(shù)字電路模塊，所述數(shù)字電路模塊采用低功耗微處理器和外部電路優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)A / D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通訊控制； (6)耐高壓密封艙，所述耐高壓密封艙使用POM工程塑料加工制成，頂部石英玻璃窗口采用密封圈徑向密封安裝，底部連接水密接插件； (7)水密接插件，所述水密接插件為深海用小型標(biāo)準(zhǔn)六芯水密接插件，用于儀器電氣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋葉綠素?zé)晒庠槐O(jiān)測儀，其特征在于:所述兩個(gè)特定激發(fā)光源為直插式金屬外殼球形發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED),峰值波長455nm-475nm，半強(qiáng)度角0丨,2=3。~10°，光輻射強(qiáng)度60mW/sr。`
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋葉綠素?zé)晒庠槐O(jiān)測儀，其特征在于:所述光學(xué)檢測系統(tǒng)采用共軛聚焦光路設(shè)計(jì)，各光學(xué)元件中心同軸，兩個(gè)LED激發(fā)光源照射形成的光柱與光學(xué)軸心垂直且所述激發(fā)光柱的中心位于雙凸透鏡一的外側(cè)焦點(diǎn)處，光電感應(yīng)器位于雙凸透鏡一和雙凸透鏡二的內(nèi)側(cè)焦點(diǎn)處。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述干涉濾光片為帶通濾光片，透過波長范圍660nm-700nm，截至深度≤0D4。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述光電感應(yīng)器為低暗電流、大面積PN型硅光電二極管式傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋葉綠素?zé)晒庠槐O(jiān)測儀，其特征在于:具有正常工作模式和低功耗休眠模式兩種狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋葉綠素?zé)晒庠槐O(jiān)測儀，其特征在于:所述耐高壓密封艙采用30MPa以上耐壓機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),各部件使用密封圈徑向密封,可用于0-3000m水深監(jiān)測。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋葉綠素?zé)晒庠槐O(jiān)測儀，其特征在于:具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和水下自容式存儲(chǔ)功能，可通過水下電纜連接PC機(jī)或便攜式手持終端進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸或者連接水下電池進(jìn)行自容存儲(chǔ)工作，數(shù)據(jù)保存至內(nèi)部存儲(chǔ)器，出水后進(jìn)行數(shù)據(jù)下載，擴(kuò)展了儀器的應(yīng)用范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)部存儲(chǔ)器，其特征在于:內(nèi)部存儲(chǔ)器為IM~4MFlash內(nèi)存芯片，可存儲(chǔ)40萬組以上數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK103674910SQ201310562475
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】葉樹明, 潘建明, 蔣凱, 周樂川, 胡軼, 羅建超, 高曉輝 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)蘇州工業(yè)技術(shù)研究院