基于荧光法的光学海水叶绿素传感器研究

叶绿素浓度是反映海水水质受污染程度的重要指标,目前国内测量主要采用岸边监测或实验室分析,无实时测量海水叶绿素的传感器。为此,提出一种基于荧光法的光学海水叶绿素传感器,首先选用470 nm波长LED作为激发光源,超低噪声、高灵敏度光电二极管作为荧光接收装置,将激发光路与接收光路集成一体,设计了一体化封装光学探头。采用调制解调技术,对激发LED光源进行调制,通过对荧光信号的同步解调以及数字混合迭代滤波算法实现海水叶绿素浓度的原位、长期监测。经过长期海试与实验室性能对比测试证明该传感器具有集成度高、灵敏度高、功耗低、体积小、可集成多参数仪等优点。其综合性能指标达到国外同类仪器水平。对于海洋富营养化生态灾害的监测和预测具有重要意义,同时对海洋保护提供技术支撑。     

基于多波长LED阵列激发的三维荧光光谱系统的设计与实现

设计了基于多波长LED阵列为激发光源的三维荧光光谱系统,利用单片机AT89C52控制LED阵列和光谱仪的步进电机,实现了数据的实时采集和光谱的实时显示。通过对3种荧光物质的12个不同浓度的样品进行荧光光谱测量,并对所得的数据组成的EEM谱进行解析,计算出各样品的浓度与实际浓度相符,验证了本系统在多组分分析中的可行性,同时LED光源的应用将为分析仪器的小型化和便携式提供新的发展方向。     

基于伪随机序列调制的荧光测量系统

荧光分析法和伪随机序列技术均在多个领域有广泛应用。荧光测量过程中常伴随着复杂的背景噪声和干扰,为测量精度的提高带来了困难。利用伪随机序列的相关特性和频谱扩展效应,提出了一种适用于荧光测量系统的,基于伪随机序列的激发光调制方法。通过建立数学模型,从信号和噪声的频谱角度定量分析了伪随机序列调制系统对噪声和干扰的抑制能力,给出了序列参数与测量系统信噪比之间的关系。最后将该调制方法应用于一个典型的荧光测量系统(荧光型叶绿素仪)中。理论和实验结果都表明,使用伪随机序列调制方式能显著提高荧光检测信噪比,叶绿素仪的线性响应相关系数R2在0.999以上,达到国外同类型高端仪器水平。     

大动态范围闪烁晶体荧光模拟器的设计

针对暗物质粒子探测卫星(DMPES)锗酸铋(BGO)量能器探测单元的标定需要,设计了一种用发光二极管(LED)作为光源的闪烁晶体荧光模拟器。首先,利用光电倍增管(PMT)测量BGO晶体在宇宙线辐射下的荧光脉冲,对脉冲波形建模拟合,并将波形存储到可编程信号发生器中。然后,选择一种峰值波长与BGO晶体的荧光发射波长相近,且其光通量与工作电流的线性度较好的LED,设计LED驱动电路,令LED的工作电流与模拟器输入的模拟电压信号幅度成正比。最后,利用信号发生器输出模拟的BGO晶体荧光脉冲波形至驱动电路,使LED发光,并利用积分球将LED的荧光通过光纤均匀地输出到多个PMT。实验结果表明:模拟器光脉冲测试结果与对BGO晶体实际测试的结果相似,光强覆盖PMT的2,5,8个打拿极(Dynode)输出,动态范围达4.11×103倍,满足暗物质粒子探测卫星BGO量能器地面检测系统的需求。该荧光模拟器也可用于同类闪烁晶体探测器系统的检测和标定。     

海水叶绿素现场检测仪的研制及性能研究

基于活体中叶绿素a的荧光特性,研制了一种可快速在线监测水体中叶绿素含量的荧光仪,该仪器选用波长为470nm的最新超高亮度的蓝色发光二极管(LED)作为激发光源,并配备先进的荧光信号检测系统,工作水深可达100m。用该仪器检测海水水样中叶绿素a含量,测定结果与分光光度法相比无显著差异。     

LED中荧光材料量子效率测量系统的设计

LED作为新兴光源,与传统的白炽灯光源相比,具有很大的优势。衡量其荧光材料发光性能的一个重要参数就是量子效率。为了准确地测量荧光材料的量子效率,提出了一种基于半积分球装置的量子效率测量系统。该系统采用了中心波长为465nm的蓝光LED芯片作为激发光源,与直径为150mm的半积分球和直径为150mm、中心孔直径为8mm的平面反射镜搭配使用,运用光纤和线阵CCD光谱仪采集光谱数据,并进一步计算出量子效率。为了验证系统的有效性,分别采用两种不同的荧光材料对测量系统进行测试,测量结果与厂商所给的数值基本一致。实验结果表明,该测量系统能有效地评估LED中荧光材料的发光性能。     

浮游植物粒级结构的原位测量

浮游植物粒级通常采用采集水样的分级叶绿素法来测定,比较费时且难以实现剖面连续测量。本文提出了一种基于测定海水光吸收来反演浮游植物粒级结构的原位测量系统。该测量系统硬件主要由高稳定光源、光学窗口、样品管、光纤高精度微型光谱仪、数据采集系统等组成。测量数据基于遗传算法来分析浮游植物粒级结构。海上初步试验结果表明,该仪器能够测定水下300 m之内的浮游植物粒级结构,实现1 m剖面分辨率的连续测量,尤其适用于分析50~80m深度叶绿素最大值层的浮游植物粒级结构变化,在未来海洋浮游植物粒级结构测定中有良好的应用前景。     

干涉／强度调制型自校准F—P腔光纤传感器的应变测量

文中介绍了强度/干涉调制型自校准F-P腔光纤传感器系统及其工作原理,系统采用中心波长为1 310 nm的LED作为光源,粗波分复用器将传感头反射回的光分为宽谱和窄谱2路,其比值可以消除光源以及光纤损耗引起的光功率波动对测量的影响.此系统结合了强度调制型和干涉型光纤传感器的优点,既可对静态应变进行测量,又可对动态应变进行实时监测.测量结果表明:系统对于静态应变测量的线性范围为200 με,最小分辨率可达0.5 με;在动态应变测量中,可以准确获得悬臂梁的振动频率.     

LED阵列式紫外固化光源光学系统设计

设计了一种新型的LED阵列式紫外固化光源系统,该系统主要包括多路可控恒流源,紫外LED空间阵列及光学系统等,其中紫外LED空间阵列结构提高了光源的辐照度和均匀性。在分析光源结构的基础上,对其光学系统进行了设计,给出了LED空间阵列光学系统的设计方法和设计实例,并利用Light Tools光学仿真软件对其进行了模拟。结果表明:采用该光学设计方法得到的空间阵列辐照系统,其紫外辐照度可达200 mW/cm²,辐照面上光强分布均匀稳定,能够满足紫外光固化过程对光源的指标要求。     

水下原位叶绿素荧光检测系统研究

水体中叶绿素含量是水质监测的重要指标。详细介绍了荧光分析法检测水体叶绿素的原理,提出了一种原位叶绿素荧光检测仪器的设计方案。通过优化光程、荧光信号调制、滤波等抗干扰手段有效提高水体叶绿素荧光检测效率和精度;采取低功耗设计方案延长仪器原位连续检测时间。测试结果表明,自主设计的水体叶绿素检测仪器的线性响应相关系数R在0.999以上,精度为0.02μg/L,原位测量时间可达3个月,达到国外同类高端仪器水平。     

PHYTO-PAM对浮游植物中叶绿素的分类测定

为提高藻类生物监测的时效性,拟使用PHYTO—PAM叶绿素荧光仪对浮游植物中的叶绿素进行分类测定。本文通过PHYTO—PAM与传统方法的比较,说明前者可在短时间内对水样中的蓝藻、绿藻、硅藻／甲藻自动分类并快速测定水样叶绿素a浓度。在测定以蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻为优势种的水样时,该法测定结果精密度和准确度较好,与分光光度法无显著性差异。     

新型LED照明灯具驱动电路的研究与设计

对LED灯具驱动源的技术要求进行分析,设计了恒流式驱动电路．LED灯具采用了电容降压式驱动和TVS对电路进行过压保护。同时采用晶闸管和PTC将输出电路的电流限定在一定范围。为了确保各LED串联支路电流一致．对传统LED连接方式进行分析．并提出了新型的LED阵列结构。     

基于PSoC的紫外荧光法水中藻类检测系统设计

近年来我国多次大面积爆发湖泊水华,利用紫外荧光法可快速检测水中叶绿素的含量,进而监测水体中富营养化程度。本文依据叶绿素荧光检测的基本原理,设计和完成基于可编程片上芯片(PSoC)的荧光检测系统。提取湖泊中的水样,经丙酮溶液萃取后制成不同标准浓度的叶绿素溶液,实验测定其对应荧光值。实验证明,本系统可较好地应用于水质中叶绿素的检测。     

An immersible fiber-optic fluorometer

An immersible fiber-optic fluorometer is used to investigate the sea water composition and the phytoplankton content at various depths. Owing to the design features of its immersed part, the fluorometer is capable of making continuous measurements at a widely varying water illuminance. A procedure for calculating the basic structural components of the immersed module is described. Results of laboratory testing of the fluorometer are presented.     

A fiber-optic fluorometer for measuring phytoplankton photosynthesis parameters

A fluorometer model designed at the Institute of Automatics and Control Processes and intended for measuring phytoplankton photosynthesis parameters and chlorophyll-a concentration in sea water in vivo in a wide range of depths, is described. The feature of the fluorometer is the use of fiber-optic sensors for measuring fluorescence, temperatures, and depths. The structure and design of the fluorometer is described. The measurement results of photosynthesis parameters, obtained in a series of expeditions in the Sea of Japan in autumn 2012, are discussed.     

升压型白光LED驱动控制器的设计

为使白光LED能适应宽电源电压范围的工作,并具有高调光比和良好的调光特性,提出了一种白光LED驱动电路控制器。设计了一个具有高线性调整率的带隙电压基准为内部模块提供稳定的参考电压,保证了系统在宽工作电压范围内的稳定工作;为避免模拟调光造成的色偏,采用了数字PWM调光模式,实现了无色偏调光功能;此外,为减少LED在系统启动时承受的瞬时电流,引入了软启动电路,延长了器件的寿命。控制芯片在1.5μm BCD工艺下设计与完成。利用该器件构成应用电路的实测结果表明,所提出的LED控制器能够在6 V~15 V输入电压范围内稳定驱动一个总负载电流为150 mA的3×7白光LED阵列,并能实现很高的PWM数字调光比,达到了预期的设计要求。     

低占空比脉冲驱动对白光LED的“视觉亮度”及光效影响研究初探

使用一种1:7占空比60Hz的脉冲电源驱动白光LED,与直流驱动相比,通过22人的观察实验,发现当两种驱动的LED在被试验者感知为"视觉亮度"一致的时候,所测得的脉冲驱动LED的实际光通量只有直流驱动LED光通量的66%,该结果与Masafumi Jinno等人在单色LED上测得的结果有一致的趋势。同时发现,脉冲驱动的LED在相同视觉亮度的时候其光效有一定的下降,这可以通过提高脉冲驱动电路的效率来改进。     

用于植物照明的LED阵列设计

基于温室植物光学作用和光形态调节原理,设计了两种用于植物照明的发光二极管(LED)阵列.通过推导阵列的辐射照度叠加公式并根据叠加公式对阵列进行仿真优化.两种阵列均采用红蓝LED相结合的方式排列,其中阵列1红光和蓝光LED的数量比是1∶1,阵列2红光和蓝光LED的数量比是4∶1.通过光学模拟软件Tracepro对照射平面...     

可单组调光的1W LED阵列驱动设计

针对采用恒压方式驱动多路大功率LED容易损坏芯片的问题,将单个恒压源供多个恒流源的技术应用到LED驱动中。恒压源采用MAX668作为Boost拓扑电路的控制器,实现了恒压输出。采用了NE555构成的自激多谐振振荡电路,产生固定频率且占空比可调的脉宽调制（PWM）信号,实现了单组调光。恒流源采用MAX16803和SN3350分别作为可调恒流源的控制芯片,实现了恒流输出。研究结果表明,该研究为进一步进行高效率可单组调光的大功率LED阵列驱动的设计打下了基础。