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。     

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。     

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。     

在线荧光测油仪的研制

采用近现代紫外荧光测量技术,针对水质常规检测指标,围绕水环境质量在线监测、水污染事故应急监测、水环境污染源监测等方面需求,研制水中油在线荧光分析监测产品;仪器采用模块化结构设计,双光路、双通道、双测量采样、嵌入式系统控制、数据自动采集、存储和发送。采用低功耗255nm的LED灯激发光源,光电倍增管作为荧光检测器,可以检测水面表层至10m水深的油品含量。创新的采样流路设计,可有效地避免日光对测量的影响,及有效地清除长期使用过程中水中物质对流路的污染。     

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。     

在线荧光测油仪的研制

采用近现代紫外荧光测量技术,针对水质常规检测指标。围绕水环境质量在线监测,水污染事故应急监测,水环境污染源监测等方面需求,研制水中油在线荧光分析监测产品;仪器采用模块化结构设计,双光路,双通道,双测量采样,嵌入式系统控制,数据自动采集,存储和发送。采用低功耗255nm的LED灯激发光源,光电倍增管作为荧光检测器,可以检测水面表层至10m水深的油品含量。创新的采样流路设计,可有效地避免日光对测量的影响,及有效地清除长期使用过程中水中物质对流路的污染。     

双LED离子浓度在线监测系统的设计与应用

介绍了一种离子浓度在线监测系统的原理，设计和应用，系统采用双光束测量技术，并独创性地使用双LED串联作为光源，SPD作为传感器，从而可以长期不间断对离子浓度进行在线监测，并且精度高，抗干扰能力强，成本低，同类设计在国内外未有报道。     

基于数字图像处理技术的藻类浓度检测方法

荧光分光光度法是叶绿素a的国家标准检测方法之一,灵敏度高,但需要荧光计,设备相对较贵.针对荧光值的测量,以往的集成电路式荧光计是把荧光强度转化为微弱电信号.本研究提出了一种新的测量方法:根据荧光图像亮度值估算荧光强度.研究中,应用调制紫外激光激发叶绿素a,CCD接收荧光图像,利用小波域多尺度积对图像有效荧光部分进行去噪与边缘检测,确定荧光所在范围与亮度值.经大量定标实验做出数据库,结果表明,荧光图像法能较为准确地计算出藻类浓度,设备便携、简单,可应用在航拍中做大范围海域检测.     

反射式光纤束探头理论建模和仿真实现

在分析光路和单光纤对理论建模的基础上,建立了光纤束理论模型,并对模型进行了仿真分析.针对强度调制型光纤传感器光源单模尾纤输出以及检测条件,设计实现了一根多模光纤发送,6根多模光纤接收的反射式光纤束探头,光纤束探头把光源的光分成两路,一路作为检测光路,另一路作为参考光路,在强度调制型光纤传感器的测量中取得了良好的效果.     

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。     

微流控细胞芯片LED诱导透射式荧光检测微系统

构建了用于微流控细胞分析芯片的发光二极管(LED)诱导透射式荧光检测微系统,以克服现有荧光检测系统体积大、能耗高,以及激发光光路、检测区域和荧光收集光路间光学耦合效率低等问题。该系统的激发光光路和荧光收集光路互成135°,LED发出的激发光经透镜聚焦和激发光滤色片滤光后,经直径为200μm的小孔光阑限束,然后投射到微流控芯片通道末端的检测区域;产生的荧光及杂散光经加工后置于微流控芯片底部的发射光高通干涉滤色薄膜后,被光电倍增管收集。以HepG2肝癌细胞为测试样本对该荧光检测微系统的有效性进行了评测,结果显示:当LED工作电流为200mA,PMT控制电压为3.5V时,可产生与背景噪声明显区分的峰值信号;用250s观测时间得到了8个平均峰高为0.7V的峰值信号,与荧光显微镜观察结果一致,实现了细胞的在线计数检测功能。提出的系统为新型微全细胞分析提供了一种新的技术途径。     

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.     

光学溶解氧分析仪研究

采用荧光测量技术和荧光猝灭原理研制的自容式,全自动的光学溶解氧现场分析仪,是用于海洋及其他水域现场实时测量溶解氧浓度的新型光学仪器。本仪器采用低功耗调制的单色性较好,中心波长为465nm的蓝色发光二极管为激发光源,以作者研制出的铺有钌的有机络和物对溶解氧反应敏感的膜片作为荧光受激物质,受激时发射中心波长为620nm的荧光,在水中溶解氧作用下,发生荧光猝灭效应,猝灭程度与溶解氧浓度之间存在线性关系。测量水体中溶解氧浓度范围为0.05～20mg/L,测量精确度≤±0.5%(F.S),具有任意水域现场测量的实用价值。     

原位叶绿素a和浊度传感器设计

主要研究了叶绿素a和浊度传感器技术及其设计实现.该传感器技术基于荧光诱导的叶绿素a检测原理和基于散射的浊度检测技术原理进行设计,实现后可以实时测量海水的相关参数.该设计经过仿真验证,能够实现设计所要求的微弱光信号检测功能,为后续系统联调做好了准备.     

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。     

一种基于C++ Builder的LED色度检测系统

为实现对LED色度的快速、准确测量,开发一种LED色度检测软件系统。该系统采用美国海洋光学公司HR4000微型光纤光谱仪作为光电传感器,基于Borland C++Builder开发平台,分为数据采集层、数据处理层、数据分析层,各层之间既相互独立又有机的组成一个整体。使用数据库技术存储相关参数和测试结果。系统色度测量符合标准,并且具有快速、稳定等特点。     

基于LED可见光通信的音频传输系统设计

可见光作为通信链路的信息载体,以绿色低碳的通信方式实现信息数据的交互。为了更好地开展可见光在通信系统的应用研究,从信号接入层、调制解调层、LED接口层以及应用处理层等软硬件方面设计基于低功耗微控制器的音频传输系统,利用白光LED作为灯源实现音频信号通信传输。在系统中,音频信号在发送侧被采集后,经过微控制器ADC处理,得到数字信号,通过改进型达林顿管结构形成载波调制音频信号,进而驱动大功率LED,LED发出包含数据信息的调制光信号。接收侧使用以光敏二极管为主的光电检测电路对信号接收,经过运放LM393组成的比较器对波形整形,在MCU串口处被接收解析,得到解调信号,最终通过运算放大器NS4890组成的功率放大电路驱动扬声器。实验输入两种信号进行测试,一种是发生器产生的正弦信号,另一种是手机播放的MP3音频信号,通过示波器的观察,可以在通道查看实时发送以及接收的波形,接收波形与发送波形的形状一致,实现了音频信号的无失真有效传输。系统硬件集成度高、体积小、功耗低,为音频传输提供一种新的实现方案,不断拓展可见光通信的应用领域。     

基于数字合成技术的电容式位移传感器研究

本文提出了一种基于数字调制和解调技术的电容式位移传感器的设计方法。这种数字调制和解调技术是数字合成技术在信号处理领域的一种应用。通过对影响数字合成波形质量的各种因素的分析,给出提高数字合成信噪比的相应措施。实验结果表明,这种基于数字合成技术的电容式位移传感器可实现高精度位移测量。     

基于温度自适应补偿技术的氧气传感器的研究

荧光氧气传感器在使用过程中,温度变化会降低氧浓度测量精度或测量失效,因此,该文采用氧浓度、温度融合检测技术,通过不同温度下确定氧浓度与温度的经验函数关系,提出一种温度自适应补偿技术,消除温度变化对氧浓度测量精度的影响。通过实验室模拟测试,荧光氧气传感器在(-10～50)℃温度范围内,氧浓度测量精度优于±2.0%FS。     

光纤生物量浓度在线检测传感器

建立了一种新的生物量浓度测量方法,并对传感器的设计进行了研究,介绍了传感器的组成原理、光路、理论分析和相关实验。基于光的吸收和散射与介质的浓度、通过介质的光程和入射光强有关,生物量浓度的变化会引起吸收和散射的变化,从而导致接收光能量的变化这一物理现象和理论,将接收光能量的大小与具有实用意义的生物量浓度测量联系起来,建立了一种新的生物量浓度测量方法。实验选用了760 nm近红外光源,在20 ℃恒温情况下,对生物量浓度测量进行了实验研究。结果表明,这种方法用于测量微生物菌液浓度具有很好的对应函数关系,测量的最大相对误差＜0.2%,具有生物量浓度在线测量准确、灵敏高、使用寿命长等优点。传感器的设计原理和方法具有一定的普遍意义,是一种有实用价值的生物量浓度传感器,可实现对含有微生物的菌液进行生物量浓度在线测量。