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诱导叶绿素荧光光谱检测系统的设计

为实现叶绿素浓度的快速、无损、定量检测,通过对叶绿素荧光现象的分析和研究,选择了合适的激发光源、光谱分析仪器,设计了相应的光路系统,获取叶绿素的荧光光谱。采用相对荧光强度F675和荧光强度比F685/F735分别与水体和叶片中的叶绿素含量,建立回归预测模型,实验结果表明,该系统可进行叶绿素含量的相关检测,且操作简单,具有较好的灵敏度和准确度,但需要对不同的植物种类建立不同的回归预测模型。     

多波长LED阵列光源叶绿素荧光探测仪电路的单片机实现

构建了一种新的浮游植物分类检测仪器——多波长LED阵列光源叶绿素荧光探测仪,系统利用调制的多波长LED阵列作为激发光源,测量各个LED激发下总的叶绿素a的荧光强度信号以及水温、水深。介绍了仪器的原理,重点介绍了这个仪器的电路设计：以ADI公司的ADuC841作为微处理器,通过设计合理的光源调制电路,荧光峰值检测电路和数据的采集、处理与存储电路,实现了对浮游植物浓度进行快速、实时、原位和分类测量。系统采样速度快、精度高,而且直接利用电池供电,功耗极低。     

原位海水叶绿素a传感器的电路设计

为提取LED激发海水叶绿素a产生的痕量荧光信号,实现海水叶绿素a原位检测,基于荧光诱导检测原理结合正交同步检波电路,设计了荧光叶绿素a传感器。通过对激发光源的调制,输入电流信号的转换与放大,荧光信号的正交同步解调以及数字混合低通滤波算法实现海水叶绿素a浓度的原位检测。实验证明该海水叶绿素a传感器具有精度高、抗环境光干扰能力强、小型化、功耗低等优点,分辨率可达到0. 01μg/L。     

叶绿素荧光检测技术及仪器的研究

湖泊水华的爆发给人们日常生活和生产带来很大的危害,水体富营养化、水中浮游植物和藻类的大量繁殖是产生水华的主要原因。水中叶绿素可作为水体营养的跟踪指示器,快速检测水中的叶绿素含量可以预警水体营养程度和水质污染。基于叶绿素荧光的光谱特征,提出了一种可快速现场用的水体营养检测技术、研制了叶绿素荧光检测仪器,通过现场实验跟踪监测了天津大学敬业湖水体在春夏之交的浮游植物含量的分布、生长和气候变化的影响。     

荧光法叶绿素在线分析仪分析性能评价

研究了荧光法叶绿素在线分析仪的分析性能,探讨了干扰因素对测定结果的影响,对实际水样进行了测试,并进行了现场试验。该分析仪操作简单,无二次污染,干扰程度小,仪器测得值与标准方法具有较好的一致性,现场运行稳定,测得数据可靠。仪器的探头式设计适合于环境水质的实时原位监测。根据测得河流、湖泊等水体中叶绿素a值的变化,可预测水体的富营养化程度。     

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。     

叶绿素α的激光光致发光机理及其浓度测量新方法研究

介绍了一种以红光半导体激光器作为荧光激发光源,结合光纤光谱技术测量水体中叶绿素α浓度的新方法。通过分析叶绿素α的激光光致发光机理,得出了水体中叶绿素α荧光发射光谱的相对荧光峰值强度与叶绿素α浓度的近似线性关系。实验结果表明,在红光半导体激光器激励下根据叶绿素α的荧光发射光谱直观地判断叶绿素α的浓度这种方法完全可行,由此为研制叶绿素α荧光仪提供了一种新的光源选择,并为实现现场实时监测海水中叶绿素α浓度提供了实验依据。     

便携式上转换荧光试纸条检测仪的研制

为了实现对上转换荧光试纸条的定量检测,研制了便携式上转换荧光试纸条检测仪,并通过实际测试验证了仪器的主要性能。首先,介绍了上转换荧光技术以及上转换荧光试纸条的测试原理,描述了以光学扫描检测系统和电路系统为核心的便携式荧光试纸条检测仪的设计方案,能够将试纸条的荧光信号转变为电信号并进行处理;然后,基于设计方案研制了检测仪样机,并对实际检测试纸条采集到的信号进行优化;最后,对检测仪的性能进行了测试。测试结果表明:仪器稳定、重复性好,样本检测标准差小于0.004;线性响应特性良好,拟合出的浓度标准曲线决定系数为0.996 3。该检测仪结构精巧、功耗低、性能良好,很好地满足了上转换荧光试纸条定量检测的需求。     

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。     

飞机进气道原位自动检测技术设计与实现

根据飞机进气道自动检测和原位保障的测试要求,提出了集数据采集、信号模拟、分析处理和诊断显示于一体的通用设计方案.该方案综合运用虚拟仪器技术和自动测试设备技术,依据虚拟仪器软件体系及IVI标准实现了非NI仪器与LabVIEW平台的通信,并针对外场检测环境对设计方案的可靠性作了重点加强.以某型飞机进气道电气系统检测仪为例,采用了该方案的设计实现了在线原位自动检测功能.     

藻类分类检测的设计与实现

叶绿素a在特定光照条件下产生的荧光光谱,提供了水体中藻类的种群结构及含量信息,通过研究该光谱,能够分析水体中藻类的种类及含量。设计的藻类分类检测仪,用五种特定波长的LED激发藻类溶液产生荧光信号,由光电倍增管接收该信号,并通过调制解调的方法实现了微弱荧光信号的检测。采用某公司的低功耗微处理器msp430F149做主控芯片,对检测到的模拟信号进行A/D转换,并通过串口与上位机通信,由上位机软件对数据进行实时分析或者对原始数据进行存储。     

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。     

基于光学放大原理的机械零件尺寸检测技术

针对传统机械零件尺寸检测仪器存在的效率低、随机误差大、精度低等不足,提出了一种快速高精度尺寸检测仪的设计方案,该设计主要由仪器底座、校正装置、检测装置、水平仪、传送带及零件卸载装置等几部分组成。也详细的说明了该仪器的机械结构、检测光路的设计原理,并对系统误差进行了分析。通过试验得出该套仪器的检测合格率为0.95,较传统检测方案精确。因此该检测技术具有高效率、高精度、随机误差小的特点。将在我国零件检测研究领域中起着积极作用。     

用于苯丙氨酸浓度检测的光学系统设计

以灵敏度高、低功耗、低成本、小型化为原则设计新型的荧光激发和检测光学系统,实现定量测定苯丙氨酸浓度.用于新生儿苯丙酮尿症的筛查检测.系统采用新型特定波长的紫外超亮发光二极管作为荧光激发光源.并设计了新型Y型先纤传光光路.通过实验对设计方案进行验证,结果说明该新型荧光检测装置设计合理、性能稳定可靠,也符合结构简单、体积小、功耗小、价格低的仪器总体设计要求.     

基于量子点检测Cu2+的荧光传感器系统设计

针对农业中重金属污染检测的环境和成本要求,文章设计了一种检测Cu2+的荧光传感器系统。首先介绍了量子点检测原理,然后描述了系统的硬件设计方案并进行了实验分析。实验数据表明荧光变化与浓度范围在5 nmol/L～500 nmol/L的Cu2+浓度对数(log10[Cu2+])成直线关系,线性度为0.987。该荧光传感器系统可对农业中寻求低成本,简单快速,小型化Cu2+及重金属离子的检测仪器提供参考。     

海水多种有机污染物现场分析仪控制系统

针对海洋有机污染物的监测问题,设计了基于光学法的多种污染物(酚、石油、黄色物质、叶绿素-a)现场测量仪的控制系统,主要包括W78ES16单片机主控电路、光栅控制电路、荧光检测电路及其软件实现.该系统能同时测量4种污染物的浓度,弥补了现有仪器测量单一的不足.实验结果表明:系统测试精度高,酚、石油、黄色物质、叶绿素-a的检出限分别为5、5、1、0.2 μg/L.     

毫秒级植物叶绿素a荧光仪的研制及其数据采集分析软件的设计

在通用仪器的基础上自行设计和组装了一种微机控制的毫秒级植物叶绿素ａ荧光动力学仪器，设计了相应的数据采集和分析软件。该仪器具有功能强、适应性好、操作简便等特点，适用于一般植物生理、生态和农业光合作用研究，具有推广价值。     

厚度无损检测仪器的精度长期稳定性研究

无损检测和结构健康监测是保障工业生产安全、降低维护成本的重要技术。在结构健康监测领域,原位测量仪器的长期稳定性尤为重要。首先介绍电磁、超声无损检测在厚度检测的应用现状,针对随后讨论厚度无损检测检测仪器精度长期稳定性问题。对厚度无损检测仪器现在长期使用过程中的精度变化规律进行研究,探讨三种测厚仪器的工作原理、精密度和准确度与仪器的稳定性的关系。采用三种厚度测量仪器（超声测厚仪、涂覆层测厚仪与楼板测厚仪）测量预标定样本的仪器试验测量方法,得到五年测量数据。再通过分析数据的年平均误差、相对误差和变化速率来讨论电涡流测厚仪、超声测厚仪的长期稳定性,并进行三类仪器间的比较,分析各类型仪器的特点。结果显示电涡流厚度测量仪器具有相对较好的长期稳定性;超声测厚仪和楼板测厚仪精密度维持能力受时间影响,仪器精密度逐年下降,准确度也趋于不稳定。为电磁无损检测技术应用到结构健康监测领域,自校准和补偿奠定了基础。     

特纳10-AU现场荧光仪吸收光谱测定套件的研发及应用

针对天然水体中溶解有机物吸收和荧光无法同时测定的问题,对特纳10-AU现场荧光仪进行了改进。通过对仪器样品室的改造,利用反射镜改变光路,设置衰减片和降低光电倍增管电压控制光通量,在不破坏原有仪器结构下实现其吸收光谱测定功能。改进后的仪器测定重铬酸钾和高锰酸钾水溶液的灵敏度较Cary100紫外可见分光光度计分别高约1倍和0．5倍,相对标准偏差分别为3．93％、2．12％（n=7）。实现了腐殖酸水溶液的吸收和荧光的同时测定,检出限分别为0．306mg／L和0．0104mg／L。实验证明改进后的10-AU现场荧光仪可用于水体中溶解有机物吸收光谱的测定,操作简便,测定结果可靠。