專利名稱：一種采用三法融合的熒光法水中溶解氧含量測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水中溶解氧含量測(cè)量方法，可用于水體質(zhì)量檢測(cè)，完成對(duì)水中溶解氧含量的靈活準(zhǔn)確測(cè)量。
背景技術(shù)：
溶解氧作為一項(xiàng)重要的水質(zhì)指標(biāo)，無(wú)論在水質(zhì)評(píng)價(jià)還是在科學(xué)研究中，都具有重要作用。如何準(zhǔn)確、連續(xù)快速測(cè)定溶解氧濃度一直是分析化學(xué)的重要課題。因此運(yùn)用化學(xué)理論和手段進(jìn)行溶解氧檢測(cè)的方法首先在化學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)，并將此類方法稱為化學(xué)法。而隨著其它學(xué)科技術(shù)的不斷發(fā)展，各學(xué)科相互結(jié)合而衍生的儀器法由于其快速簡(jiǎn)便等特點(diǎn)逐漸成為近年來(lái)溶解氧濃度檢測(cè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
目前傳統(tǒng)測(cè)量DO (dissolved oxygen，溶解氧)的方法主要有碘量法，電流法和電導(dǎo)法。傳統(tǒng)測(cè)量方法由于其固有結(jié)構(gòu)和分析方法的特點(diǎn)，存在著很多缺陷。國(guó)內(nèi)近年一些單位和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)發(fā)研制出一些小型溶解氧檢測(cè)儀(溶解氧儀)，這些溶解氧儀大多是基于電流測(cè)定法。而目前國(guó)際上溶解氧儀發(fā)展的主流，是采用熒光法的光纖溶解氧傳感ο
熒光法溶解氧儀是基于物理學(xué)中特定物質(zhì)對(duì)活性熒光的猝熄原理。熒光法測(cè)量DO 有較高的測(cè)量精度和抗干擾能力，采用其方法的溶解氧儀具有較好的重復(fù)性和穩(wěn)定性。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)研發(fā)熒光法溶解氧儀的廠家很少，并且產(chǎn)品質(zhì)量都不理想，所以涉及到熒光法溶解氧采購(gòu)的項(xiàng)目基本上都倚賴于進(jìn)口品牌。但是由于進(jìn)口品牌價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)很多用戶現(xiàn)在還是在用膜法溶解氧?；跓晒夥ㄈ苎鮾x的諸多優(yōu)點(diǎn)，很容易受到國(guó)內(nèi)用戶的認(rèn)可，且溶解氧無(wú)論是在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)，還是污水處理上又是一個(gè)必不可少的監(jiān)測(cè)參數(shù)，所以熒光法溶解氧在國(guó)內(nèi)有很大的市場(chǎng)有待開(kāi)發(fā)，并將對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、污水處理等領(lǐng)域起到保駕護(hù)航的作用。
目前普遍采用的熒光法測(cè)量水中溶解氧含量的方法主要為測(cè)量激發(fā)紅光的釋放時(shí)間，將釋放時(shí)間與參考紅光的釋放時(shí)間進(jìn)行比對(duì)，得到溶解氧含量。雖然這種方法原理簡(jiǎn)單也便于實(shí)現(xiàn)，但其測(cè)量精度與其他兩種方法相比仍然比較粗糙。如何進(jìn)一步提高溶解氧測(cè)量的準(zhǔn)確性，是這一領(lǐng)域目前的研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是能夠克服現(xiàn)有膜結(jié)構(gòu)溶氧儀后期維護(hù)成本大，測(cè)量性能不穩(wěn)定等不足。將測(cè)量激發(fā)紅光時(shí)長(zhǎng)、激發(fā)紅光與參考紅光的相位差以及激發(fā)紅光波長(zhǎng)三種方法融合起來(lái)的熒光法測(cè)量水中溶解氧的含量，得到一種比上述任何單一測(cè)量方法精度更高，也更加穩(wěn)定的新式組合溶解氧測(cè)量方法，很好彌補(bǔ)了三種方法在單獨(dú)測(cè)量時(shí)的不足。
本發(fā)明一種采用三法融合的熒光法水中溶解氧含量測(cè)量方法，其特征在于包括下列步驟
(1)熒光法測(cè)量水中溶解氧含量的方法需要通過(guò)光束照射處于水中的熒光物質(zhì)， 根據(jù)光束激發(fā)后產(chǎn)生的要素來(lái)做相應(yīng)的處理。其中，照射光束包含藍(lán)色和紅色兩種光束，其中藍(lán)色光束為照射光束，而紅色光束為參考光束。兩種光束在進(jìn)行水中溶解氧含量測(cè)量時(shí)是同時(shí)發(fā)出的；
(2)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光，藍(lán)光發(fā)出的同時(shí)，發(fā)出參考紅光；通過(guò)比對(duì)激發(fā)后產(chǎn)生的紅光強(qiáng)度與參考紅光的光強(qiáng)，得出采用測(cè)量熒光光強(qiáng)方法測(cè)量的水中溶解氧含量；
(3)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光，藍(lán)光發(fā)出的同時(shí)，發(fā)出參考紅光；將激發(fā)紅光與參考紅光在到達(dá)相同波長(zhǎng)(或光強(qiáng))時(shí)的相位做比對(duì)，得出采用測(cè)量熒光相位差方法測(cè)量的水中溶解氧含量；
(4)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光，藍(lán)光發(fā)出的同時(shí)，發(fā)出參考紅光；測(cè)量激發(fā)紅光的釋放時(shí)間，并將其與參考紅光的釋放時(shí)間做比對(duì)，得出采用激發(fā)紅光釋放時(shí)長(zhǎng)方法測(cè)量的水中溶解氧含量；
(5)在完成上述三種方法對(duì)水中溶解氧含量的單獨(dú)測(cè)量之后，以測(cè)量激發(fā)紅光時(shí)長(zhǎng)的方法為主，(1) (2)所述的方法作為參考，將三組數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得出最優(yōu)的水中溶解氧含量測(cè)量值。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于采用了熒光法測(cè)量水中溶解氧的含量。與傳統(tǒng)的膜結(jié)構(gòu)的溶氧儀相比，該方法一年內(nèi)無(wú)需校準(zhǔn)，后期維護(hù)工作量較少，不受水體流速限制，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，將測(cè)量激發(fā)紅光時(shí)長(zhǎng)、激發(fā)紅光與參考紅光的相位差以及激發(fā)紅光波長(zhǎng)三種方法融合起來(lái)，以測(cè)量激發(fā)紅光釋放時(shí)間為主，其他兩種方法為參考，將傳統(tǒng)的三種熒光法的測(cè)量水中溶解氧的基本方法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到一種比上述任何單一測(cè)量方法精度更高，也更加穩(wěn)定的新式組合溶解氧測(cè)量方法，很好彌補(bǔ)了三種方法在單獨(dú)測(cè)量時(shí)的不足。溶氧儀體積小、功耗低、成本低，且功能齊全、接口豐富，完全能滿足復(fù)雜條件下水中溶解氧含量檢測(cè)的要求。


圖1為三法融合方法原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種采用三法融合的熒光法水中溶解氧含量測(cè)量方法，包括下列步驟
(1)為了提高水中溶解氧含量的檢測(cè)精度，減少外界因素對(duì)水中溶解氧含量測(cè)量的干擾，降低采用此方法的儀器儀表后期的維護(hù)成本。本法采用了熒光法測(cè)量水中溶解氧的含量，斷絕了測(cè)量?jī)x表與被測(cè)物質(zhì)的實(shí)際接觸，與傳統(tǒng)的溶解氧測(cè)量方法相比，該方法一年內(nèi)無(wú)需校準(zhǔn)，后期維護(hù)工作量較少，不受水體流速限制，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定。
(2)熒光法測(cè)量水中溶解氧含量的方法需要通過(guò)光束照射處于水中的熒光物質(zhì)， 根據(jù)光束激發(fā)后產(chǎn)生的要素來(lái)做相應(yīng)的處理。其中，照射光束包含藍(lán)色和紅色兩種光束，其中藍(lán)色光束為照射光束，而紅色光束為參考光束。兩種光束在進(jìn)行水中溶解氧含量測(cè)量時(shí)是同時(shí)發(fā)出的。
(3)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光。通過(guò)比對(duì)激發(fā)后產(chǎn)生的紅光強(qiáng)度與參考紅光的光強(qiáng)，得出采用測(cè)量熒光光強(qiáng)方法測(cè)量的水中溶解氧含量。
(4)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光。測(cè)量藍(lán)光激發(fā)紅光與參考紅光在到達(dá)相同波長(zhǎng)(或光強(qiáng))時(shí)的相位做比對(duì)，得出采用測(cè)量熒光相位差方法測(cè)量的水中溶解氧含量。
(5)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光，藍(lán)光發(fā)出的同時(shí)，發(fā)出參考紅光。測(cè)量激發(fā)紅光的釋放時(shí)間，并將其與參考紅光的釋放時(shí)間做比對(duì)，得出采用激發(fā)紅光釋放時(shí)長(zhǎng)方法測(cè)量的水中溶解氧含量。
(6)上述方法就是目前測(cè)量氣體濃度較為常見(jiàn)的三種方法。三種方法各有利弊，光照強(qiáng)度的測(cè)量方法雖然簡(jiǎn)單，但是由于光傳播的散射作用使照射光源難以長(zhǎng)久維持在吸收線上，進(jìn)而影響了最后氣體濃度測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；測(cè)量波長(zhǎng)的方法測(cè)量精度準(zhǔn)確而且精度能夠長(zhǎng)久的保持，但整個(gè)算法相對(duì)比較復(fù)雜，測(cè)量靈敏度與硬件的關(guān)系十分密切，只有速度較高的硬件資源可以保證氣體濃度的準(zhǔn)確性，而速度較高的硬件資源其成本也會(huì)相應(yīng)提高；測(cè)量熒光釋放時(shí)間的方法相對(duì)簡(jiǎn)單，但測(cè)量精度與前兩種方法相比仍然比較粗糙。 為了提高水中溶解氧含量的檢測(cè)精度，本發(fā)明采用了將測(cè)量激發(fā)紅光時(shí)長(zhǎng)、激發(fā)紅光與參考紅光的相位差以及激發(fā)紅光波長(zhǎng)三種方法融合起來(lái)的熒光法(如圖1所示)測(cè)量水中溶解氧的含量。以測(cè)量熒光釋放時(shí)間的方法為主，其他兩種方法作為參考，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。從而得到一種比上述任何單一測(cè)量方法精度更高，也更加穩(wěn)定的新式組合溶解氧測(cè)量方法， 很好彌補(bǔ)了三種方法在單獨(dú)測(cè)量時(shí)的不足。
權(quán)利要求
1. 一種采用三法融合的熒光法水中溶解氧含量測(cè)量方法，其特征在于包括下列步驟(1)熒光法測(cè)量水中溶解氧含量的方法需要通過(guò)光束照射處于水中的熒光物質(zhì)，根據(jù)光束激發(fā)后產(chǎn)生的要素來(lái)做相應(yīng)的處理。其中，照射光束包含藍(lán)色和紅色兩種光束，其中藍(lán)色光束為照射光束，而紅色光束為參考光束。兩種光束在進(jìn)行水中溶解氧含量測(cè)量時(shí)是同時(shí)發(fā)出的；(2)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光，藍(lán)光發(fā)出的同時(shí)，發(fā)出參考紅光；通過(guò)比對(duì)激發(fā)后產(chǎn)生的紅光強(qiáng)度與參考紅光的光強(qiáng)，得出采用測(cè)量熒光光強(qiáng)方法測(cè)量的水中溶解氧含量；(3)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光，藍(lán)光發(fā)出的同時(shí)，發(fā)出參考紅光；將激發(fā)紅光與參考紅光在到達(dá)相同波長(zhǎng)(或光強(qiáng))時(shí)的相位做比對(duì)，得出采用測(cè)量熒光相位差方法測(cè)量的水中溶解氧含量；(4)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光，藍(lán)光發(fā)出的同時(shí)，發(fā)出參考紅光；測(cè)量激發(fā)紅光的釋放時(shí)間，并將其與參考紅光的釋放時(shí)間做比對(duì)，得出采用激發(fā)紅光釋放時(shí)長(zhǎng)方法測(cè)量的水中溶解氧含量；(5)在完成上述三種方法對(duì)水中溶解氧含量的單獨(dú)測(cè)量之后，以測(cè)量激發(fā)紅光時(shí)長(zhǎng)的方法為主，(1) (2)所述的方法作為參考，將三組數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得出最優(yōu)的水中溶解氧含量測(cè)量值。
全文摘要
本發(fā)明為一種采用三法融合的熒光法水中溶解氧含量測(cè)量方法，首先同時(shí)采用將測(cè)量激發(fā)紅光時(shí)長(zhǎng)、激發(fā)紅光與參考紅光的相位差以及激發(fā)紅光波長(zhǎng)三種方法對(duì)藍(lán)光激發(fā)的熒光物質(zhì)發(fā)出的紅光進(jìn)行測(cè)量，分別得到當(dāng)前的水中溶解氧的含量，接著將激發(fā)紅光與參考紅光的相位差以及激發(fā)紅光波長(zhǎng)兩種方法作為測(cè)量激發(fā)紅光時(shí)長(zhǎng)方法所得數(shù)據(jù)的參考值，將單一方法的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，最后得出最優(yōu)的水中溶解氧的含量值。本發(fā)明能夠形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而得到一種比上述任何單一測(cè)量方法精度更高，也更加穩(wěn)定的新式組合溶解氧測(cè)量方法。
文檔編號(hào)G01N21/64GK102495031SQ201110358928
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者劉丙圣, 劉明初, 徐元, 陳熙源, 黃浩乾 申請(qǐng)人:東南大學(xué)