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CN103698287A - 用于检测海水ph值的微光信号检测装置 - Google Patents

用于检测海水ph值的微光信号检测装置 Download PDF

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CN103698287A
CN103698287A CN201310702868.1A CN201310702868A CN103698287A CN 103698287 A CN103698287 A CN 103698287A CN 201310702868 A CN201310702868 A CN 201310702868A CN 103698287 A CN103698287 A CN 103698287A
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曹璐
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张述伟
程岩
任国兴
吴丙伟
吴宁
刘东彦
王茜
郭翠莲
刘岩
王洪亮
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Oceanographic Instrumentation Research Institute Shandong Academy of Sciences
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Oceanographic Instrumentation Research Institute Shandong Academy of Sciences
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Abstract

本发明公开了一种用于检测海水PH值的微光信号检测装置,设置有用于流通海水样品和指示剂的流路系统、用于对流路系统中的海水样品或者海水样品与指示剂的混合溶液进行光照检测的光路检测系统以及对光路检测系统输出的检测信号进行接收并完成海水样品PH值计算的主控系统。本发明针对海水PH值这一专用领域设计微光信号检测装置,采用精密的光路检测系统和体积小巧的流路系统,实现采集微光信号到控制水样混合分配控制的全自动化过程的操作,不仅避免了各种实验室PH检测仪器笨拙复杂的人工操作,节省了精力和成本,而且,形成的专业优势和高性能设备能够确保信息采集、处理和控制更加系统、高效。

Description

用于检测海水PH值的微光信号检测装置
技术领域
 本发明属于海洋环境监测技术领域,具体地说,是涉及一种用于对海水的PH值进行检测的装置。
背景技术
PH值是海水碳酸盐体系的重要参数之一,也是海洋酸化的直接证据。海洋碳循环和海洋酸化研究需要连续精确地监测海水的PH值。我国是海洋大国,海洋酸化和碳循环体系的研究是关系海洋环境、海洋灾害预警、海洋安全和海洋资源开发的重要任务,而海水PH值是反映海洋碳循环体系的重要指标之一,因此,检测海水的PH值对海洋环境的安全监测至关重要。
目前国际上,在线检测PH值的方法主要有两种:一种是电极法;一种是分光光度法。电极法的检测精度极限为±0.005,而分光光度法的检测精度极限为±0.0007。采用电极法设计的检测装置,其优点是价格低廉,但精度低,需要经常矫正和更换探头。而采用分光光度法设计的检测装置,其检测准确度高,精密度好,且无需校正,因此已经成为目前海水碳酸盐体系研究中测定海水PH值的标准方法。虽然国外的科研人员研制了一系列基于分光光度法设计的PH值测定系统,但大多体积庞大、仪器笨拙,且需要复杂的人工操作,无法完全满足海洋碳循环、海水酸化甚至全球气候变化研究的需要。
发明内容
本发明针对海水PH值检测这一应用领域,设计了一种微光信号检测装置,以简化人工操作,提高海水PH值的检测精度。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案予以实现:
一种用于检测海水PH值的微光信号检测装置,设置有
流路系统,用于流通海水样品和指示剂,包括流通池;
光路检测系统,用于对流路系统中的海水样品或者海水样品与指示剂的混合溶液进行光照检测,包括LED光源、一进三出光纤耦合器、三个滤光片和三个光电二极管;所述LED光源对流通池中的海水样品或者海水样品与指示剂的混合溶液进行照射,透过海水样品或者所述混合溶液的光线耦合射入一进三出光纤耦合器,经一进三出光纤耦合器将单路光线分为三路光线,分别射向三个滤光片,经由三个滤光片滤出三路特定波长的光线分别射向三个光电二极管,经由三个光电二极管分别进行光电转换后,输出三路检测信号;
主控系统,接收三个光电二极管转换输出的检测信号,计算出海水样品的PH值。
进一步的,所述光路检测系统首先对海水样品进行光照检测,输出三路检测信号Iλ1海水、Iλ2海水、Iλ3海水,其中,λ1、λ2、λ3分别为三个滤光片的滤光波长,且λ1为指示剂的酸态的最大吸收波长,λ2为指示剂的碱态的最大吸收波长,λ3为参比波长,所述参比波长为指示剂的酸态和碱态都不吸收的波长;然后,光路检测系统对海水样品与指示剂的混合溶液进行光照检测,输出三路检测信号Iλ1混合溶液、Iλ2混合溶液、Iλ3混合溶液
利用公式                                               
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE002
计算出海水样品的PH值;其中,
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE004
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE006
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE008
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE010
为指示剂的解离常数,e1、e2、e3为指示剂在最大吸收波长λ1、λ2处的摩尔吸收系数比值。
又进一步的,所述摩尔吸收系数比值e1、e2、e3由指示剂在最大吸收波长λ1、λ2处的摩尔吸光系数
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE012
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE014
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE016
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE018
确定,且
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE020
,
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE022
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE024
优选的,所述指示剂为间甲酚紫;所述λ1=578nm、λ2=432nm、λ3=730nm。
为了实现海水样品与指示剂的定量取样,在所述流路系统中还设置有三通阀组、水样泵、指示剂泵和两路定量环,所述流通池连接在第一路定量环中;在对海水样品进行光照检测时,控制三通阀组形成双开环流路,在水样泵的驱动下,通过第一路定量环对海水样品进行定量取样;在指示剂泵的驱动下,通过第二路定量环对指示剂进行定量取样;
在对海水样品与指示剂的混合溶液进行光照检测时,控制三通阀组形成单闭环流路,使所述的两路定量环接通,形成闭合环路,并在水样泵或者指示剂泵的驱动下,使海水样品和指示剂在闭合环路中流动,充分混合后再进行光照检测。
为了增大流通池的体积,并尽量减少溶液的滞留体积,避免气泡留存,所述流通池优选设计成锥型流通池,将锥型流通池的顶点和底面连接在第一路定量环中;在锥型流通池的侧面、位置相对的两侧设计接口,分别通过光纤与LED光源和一进三出光纤耦合器对应耦合连接,以缩短光路长度,提高检测精度。
作为所述主控系统的一种优选电路组建结构,在所述主控系统中设置有主处理器、LED光源驱动模块、微光信号采集模块和泵阀驱动模块;所述主处理器在测试开始后,执行如下控制过程:
a、控制泵阀驱动模块对三通阀组的连通通路进行调整,使第一路定量环连接在海水样品容器与废液池之间,第二路定量环连接在指示剂容器与废液池之间;
b、控制泵阀驱动模块分别启动水样泵和指示剂泵,对两路定量环的管路进行冲洗并完成定量取样;
c、控制LED光源驱动模块启动,驱动LED光源发光,照射流通池中海水样品,并控制微光信号采集模块采集三路光电二极管输出的海水样品检测信号,并进行记录;
d、控制LED光源驱动模块关闭;
e、控制泵阀驱动模块对三通阀组的连通通路进行调整,使两路定量环接通,形成闭合环路;然后,启动水样泵,驱动定量取样的海水样品和指示剂在闭合环路中流动,待充分混合后,控制水样泵停止;
f、控制LED光源驱动模块启动,驱动LED光源发光,照射流通池中混合溶液,并控制微光信号采集模块采集三路光电二极管输出的混合溶液检测信号,并进行记录;
g、根据记录的海水样品检测信号和混合溶液检测信号,计算出海洋样品的PH值。
为了提高LED光源照射的稳定度,在所述LED光源驱动模块中设置有恒流基准源,所述恒流基准源在接收到主处理器输出的启动信号后,输出恒定电流至LED光源,驱动LED光源发射白光。
再进一步的,在所述微光信号采集模块中设置有整形滤波隔离电路、可编程增益放大器和A/D转换器;所述整形滤波隔离电路接收三路光电二极管输出的检测信号,并对三路检测信号进行隔离和整形滤波处理后,发送至可编程增益放大器进行放大,然后发送至A/D转换器进行模数转换后,输出至所述的主处理器;所述主处理器输出增益选择控制信号至可编程增益放大器,对可编程增益放大器的放大倍数进行调节。
更进一步的,在所述微光信号检测装置中还设置有电源模块、存储模块和通信模块;所述电源模块接收电池供电,并转换成不同的直流电源为装置中的不同用电负载供电;所述主处理器将接收到的检测信号以及计算结果写入存储模块进行保存,并将计算结果通过通信模块上传至上位机。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果是:本发明针对海水PH值这一专用领域设计微光信号检测装置,采用精密的光路检测系统和体积小巧的流路系统,实现采集微光信号到控制水样混合分配控制的全自动化过程的操作,不仅避免了各种实验室PH检测仪器笨拙复杂的人工操作,节省了精力和成本,而且,形成的专业优势和高性能设备能够确保信息采集、处理和控制更加系统、高效。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后,本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明所提出的微光信号检测装置在对海水样品进行光照检测时的流路系统连通图;
图2是本发明所提出的微光信号检测装置在对海水样品与指示剂的混合溶液进行光照检测时的流路系统连通图;
图3是本发明所提出的微光信号检测装置中主控系统的一种实施例的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。
本实施例针对海水的PH值参数,设计了一种微光信号检测装置,主要包括流路系统、光路检测系统和主控系统。其中,流路系统主要负责将海水样品或者将海水样品与指示剂的混合溶液注入流通池,以便于进行后续的光照检测。为了实现海水样品和指示剂的定量取样,并进行自动混合,本实施例在所述流路系统中设计了三通阀组1、水样泵2、指示剂泵3、第一定量环5、第二定量环4和流通池6,参见图1、图2所示。在本实施例中,所述三通阀组1优选采用四个三通阀和四个三通连接而成,通过对四个三通阀的连接通路进行切换,以形成双开环流路(如图1所示)或者单闭环流路(如图2所示)。
具体来讲,将流通池6连接在第一定量环5中,将两个定量环4、5的首尾两端分别连接三通阀组1的不同接口,并通过三通阀组1连接用于盛装海水样品的容器、用于盛装指示剂的容器和废液池。在第一定量环5中设置水样泵2,通过水样泵2驱动海水样品在第一定量环5以及流通池6中流动;在第二定量环4中设置指示剂泵3,通过指示剂泵3驱动指示剂在第二定量环4中流动。根据海水样品与指示剂的混合比例,调节两路定量环4、5的长度,以实现海水样品和指示剂的定量取样。
在本实施例中,所述水样泵2和指示剂泵3优选采用蠕动泵,对定量环4、5中的溶液进行推动。
为了在尽量增大流通池体积的前提下,缩小反应溶液的滞留体积(死体积),实现试剂无残留,本实施例将流通池6设计成锥型,如图1、图2所示。这种锥型流通池6相比传统的Z型流通池,由于无直角出现,因此基本没有滞留体积、气泡不易留存,并且通过将LED光源和一进三出光纤耦合器分别对应耦合连接在锥型流通池6的侧面的两个位置相对的接口上,由此可以极大地缩短入射光穿过海水样品或者混合溶液的长度,对提高检测精度十分有利。在锥型流通池6的顶点和底面分别设计接口,连接在所述的第一定量环5中,以确保海水样品或者混合溶液能够在流通的过程中充满整个流通池6,以进一步提高检测精度。
在光路检测系统中设置有LED光源10、一进三出光纤耦合器7、滤光片组8和光电二极管组9,参见图1、图2所示。在本实施例中,所述LED光源10优选采用白色高亮度的LED灯,发射高亮度的白光照射流通池6中的溶液。在所述滤光片组8中设置有三个滤光片,三个滤光片的滤光波长各不相同,一一对应地分设在一进三出光纤耦合器7的三路出射口处,对通过一进三出光纤耦合器7射出的三路光线进行滤光,提取出所需波长的光线,投射向光电二极管组9。在所述光电二极管组9中设置有三个光电二极管,分别接收通过三个滤波片滤光输出的三路特定波长的光线,并对三路光线进行光电转换后,生成电压或者电流检测信号,输出至主控系统。
在所述主控系统中设置有主处理器CPU、LED光源驱动模块、微光信号采集模块和泵阀驱动模块等主要组成部分,参见图3所示。其中,主处理器CPU优选采用32位ARM芯片作为主控单元,通过LED光源驱动模块和泵阀驱动模块控制LED光源、水样泵2、指示剂泵3和三通阀组1按照设定的流程时序运行,并通过微光信号采集模块采集三个光电二极管转换输出的检测信号,完成海水样品PH值的计算。
在本实施例中,为了使通过LED光源发射的光线更加稳定,以提高海水样品检测的精度,对于所述LED光源驱动模块,本实施例优选采用恒流基准源实现对LED光源的稳定控制,如图3所示。将所述恒流基准源连接主处理器CPU,在接收到主处理器CPU输出的控制电压后,输出恒定的电流源驱动LED光源稳定发光。主处理器CPU通过调节其输出至恒流基准源的控制电压的大小,便可以对恒流基准源输出的电流大小进行自动调节,进而实现对LED光源发光亮度的按需调整。
通过LED光源射向流通池的光线,透过流通池中的溶液射向一进三出光纤耦合器,经由一进三出光纤耦合器将入射的一路光线分成三路光线,分别通过三个滤光片滤出不同波长的三路光线分别射向三个光电二极管,经由三个光电二极管转换生成三路检测信号输出至微光信号采集模块。为了提高对检测信号采集的准确性,本实施例在所述微光信号采集模块中优选设计整形滤波隔离电路、可编程增益放大器和A/D转换器,参见图3所示。通过三个光电二极管转换输出的三路检测信号经由整形滤波隔离电路进行信号隔离和波形整形、滤波处理后,输出至可编程增益放大器进行信号放大处理,然后传输至A/D转换器将模拟信号转换成数字信号后,发送至所述的主处理器CPU。为了提高转换精度,所述A/D转换器优选采用16位A/D转换器,以转换生成16位数字信号输出至主处理器CPU作进一步数据平滑滤波处理。对于处理后的数据,主处理器CPU一方面可以按照固定的加密格式存储于微光信号检测装置中的存储模块中,例如可以通过主处理器CPU的SPI接口经由锁存电路写入FLASH存储器中,以便于主处理器CPU后续对海水样品PH值的计算;另一方面可以通过通信模块上传至上位机,进行监控。在本实施例中,所述通信模块优选通过通用串行异步总线UART连接所述的主处理器CPU,接收处理后的数据,并转换成RS232格式的串行数据,上传至上位机。所述上位机通过RS232串行总线与所述的微光信号检测装置进行数据通信,实现对微光信号检测装置的实时监控。
对于可编程增益放大器的放大倍数可以由主处理器CPU进行调节,如图3所示。主处理器CPU通过其一路I/O口输出增益选择控制信号至可编程增益放大器,通过调节可编程增益放大器的放大倍数,以调节通过可编程增益放大器输出的检测信号的幅值。
在所述泵阀驱动模块中设置有另一锁存电路和控制模块,主处理器CPU在启动海水样品检测进程后,按照设定的时序流程输出控制信号,经由另一锁存电路传输至控制模块,通过控制模块提高控制信号的带载能力,实现对三通阀组、水样泵或者指示剂泵的控制。
为了保证微光信号检测装置可以长期在水下工作,本实施例优选采用12V电池为整个微光信号检测装置提供电力供应。将电池输出的12V直流供电经由稳压电源模块转换成5V或者3.3V直流电源,输出至主控系统中的各用电负载,为各用电负载供电。
下面结合图1-图3所示的系统架构,对本实施例所提出的微光信号检测装置的具体工作流程进行详细地阐述。
(1)在样品容器中注入足量的待检测的海水样品,在指示剂溶液中注入足量的指示剂。
在本实施例中,优选采用间甲酚紫作为所述的指示剂,与待检测的海水样品进行混合。由于间甲酚紫在温度为25℃、盐度为35时,其解离常数
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE026
的值为8.006,且变化范围与海水的PH值相符,因此是测量海水PH值研究中较为常用的指示剂。
当然,所述指示剂也可选用酚红、甲酚红、百里酚蓝等,本实施例并不仅限于以上举例。
(2)主处理器CPU输出控制信号至三通阀组1,控制三通阀组1中的四个三通阀的进出液口①与②连通,形成双开环流路,参见图1所示。
(3)主处理器CPU输出控制信号至水样泵2和指示剂泵3,启动水样泵2抽取海水样品至第一定量环5,并经由流通池6和三通阀组1排入废液池,对第一定量环5的管路和流通池6进行冲洗,并完成海水样品的定量取样。与此同时,启动指示剂泵3抽取指示剂至第二定量环4,使指示剂充满整个第二定量环4,并通过三通阀组1排入废液池,对第二定量环4的管路进行冲洗,并完成指示剂的定量取样。
(4)主处理器CPU启动LED驱动模块输出恒定的电流源,驱动LED光源10发光,照射流通池6中的海水样品。透过海水样品的光线入射到一进三出光纤耦合器7,经耦合器7将一路光线分成三路光线分别射向三个滤光片,经由三个滤光片滤光输出三路不同波长的光线,分别射向三个光电二极管。
在本实施例中,优选设置三个滤光片的滤光波长分别为λ1、λ2、λ3,其中,λ1为指示剂的酸态最大吸收波长,λ2为指示剂的碱态最大吸收波长,λ3为参比波长,在参比波长λ3处,指示剂的酸态和碱态均无吸收,因此可以将λ3作为校正波长使用,以消除入射光的不稳定影响。
作为本实施例的一种优选设计方案,针对间甲酚紫指示剂,本实施例优选设置λ1=578nm、λ2=432nm、λ3=730nm。对于其他类型的指示剂,可以根据其特性具体选定与之对应的λ1、λ2、λ3。
(5)主处理器CPU通过微光信号采集模块采集三个光电二极管转换输出的检测信号,即海水样品检测信号,并分别记为:Iλ1海水、Iλ2海水、Iλ3海水,写入存储模块进行保存,并上传至上位机。
(6)主处理器CPU控制LED光源10熄灭,并对三通阀组1的连通管路进行切换,使三通阀组1中的四个三通阀的进出液口①与③连通,进而使两个定量环4、5连通,形成闭合环路,即形成单闭环流路,参见图2所示。
(7)启动水样泵2运行,推动两个定量环4、5中的海水样品和指示剂在封闭的环路中流动足够长的时间(优选大于5分钟),使海水样品和指示剂能够充分混合。待混合均匀后,控制水样泵2停止,完成海水样品与指示剂的配比混合。
(8)再次启动LED光源10发光,照射流通池6中海水样品与指示剂的混合溶液,并同时启动三路光电二极管接收三路不同波长的光线,并进行光电转换后,输出三路混合溶液检测信号,分别记为:Iλ1混合溶液、Iλ2混合溶液、Iλ3混合溶液,写入存储模块进行保存,并上传至上位机。
由于混合溶液的测定过程在封闭的环路系统中进行,因此可以避免气体交换等因素对海水样品PH值计算的影响。
(9)主处理器CPU利用接收到的三路海水样品检测信号Iλ1海水、Iλ2海水、Iλ3海水和三路混合溶液检测信号Iλ1混合溶液、Iλ2混合溶液、Iλ3混合溶液,计算待测海水样品的PH值。具体计算过程如下:
利用公式
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE028
,计算海水样品的PH值。其中,
Figure 71560DEST_PATH_IMAGE026
为指示剂的解离常数;[I2-]和[HI-]分别为指示剂的碱态和酸态的平衡浓度。
在本实施例中,对于间甲酚紫指示剂来说,其解离常数
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE030
的值可以根据测试的温度和盐度直接确定,即在温度为20℃≤T≤30℃和盐度为30≤S≤37的条件下,
Figure 801750DEST_PATH_IMAGE030
=1245.69/T+3.8275+0.00211×(35-S)。
设定指示剂在波长λ1、λ2处的吸光度为
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE034
,则由以下公式可以计算出海水样品的PH值:
Figure 643804DEST_PATH_IMAGE002
其中,
Figure 39013DEST_PATH_IMAGE004
Figure 164970DEST_PATH_IMAGE006
Figure 987432DEST_PATH_IMAGE008
;e1、e2、e3为指示剂在最大吸收波长λ1、λ2处的摩尔吸收系数比值,且
Figure 254466DEST_PATH_IMAGE020
,;其中,
Figure 177925DEST_PATH_IMAGE012
Figure 745304DEST_PATH_IMAGE014
Figure 482316DEST_PATH_IMAGE016
Figure 5701DEST_PATH_IMAGE018
为指示剂的酸态和碱态在它们的最大吸收波长λ1、λ2处的摩尔吸光系数。将参比波长λ3作为校正波长,引入吸光度为
Figure 739488DEST_PATH_IMAGE034
的计算,可以确保样品测定条件的一致性,以进一步提高测定的精密度和准确度。
对于其他类型的指示剂,可以采用分光光度法测定指示剂的相关热力学常数(
Figure 329125DEST_PATH_IMAGE030
Figure 2013107028681100002DEST_PATH_IMAGE036
),然后,利用上述公式计算出海水样品的PH值。目前,研究人员已经对一些指示剂的相关热力学常数进行了测定,例如:酚红、甲酚红、百里酚蓝等,这些数据可以直接引用。
(10)主处理器CPU将计算结果写入存储模块,并通过通信模块上传至上位机,完成对海水样品的测定。
本实施例的微光信号检测装置精密度高,准确性好,操作简便,通过测定海水样品的吸光度再结合测定过程的理化参数(温度、盐度)即可计算出海水样品的PH值,无需使用PH标准缓冲溶液进行校正,适合现场测定。此外,本实施例的微光信号检测装置稳定性强,可以适应各种海洋监测的工作环境,甚至恶劣环境,满足海水PH值监测要求的强抗干扰、高可靠性和低功耗等诸多性能,能够很好地适应各种原位海水PH监测体系的常用架构。
本实施例的微光信号检测装置可以挂载在浮标、自动台站以及海岸基/平台基等海洋监测系统之上,进而可以承担目前我国广泛而且长期开展的各类海洋监测工程和科学研究项目。
当然,以上所述仅是本发明的一种优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于检测海水PH值的微光信号检测装置,设置有
流路系统,用于流通海水样品和指示剂,包括流通池;
光路检测系统,用于对流路系统中的海水样品或者海水样品与指示剂的混合溶液进行光照检测,包括LED光源、一进三出光纤耦合器、三个滤光片和三个光电二极管;所述LED光源对流通池中的海水样品或者海水样品与指示剂的混合溶液进行照射,透过海水样品或者所述混合溶液的光线耦合射入一进三出光纤耦合器,经一进三出光纤耦合器将单路光线分为三路光线,分别射向三个滤光片,经由三个滤光片滤出三路特定波长的光线分别射向三个光电二极管,经由三个光电二极管分别进行光电转换后,输出三路检测信号;
主控系统,接收三个光电二极管转换输出的检测信号,计算出海水样品的PH值。
2.根据权利要求1所述的用于检测海水PH值的微光信号检测装置,其特征在于:所述光路检测系统首先对海水样品进行光照检测,输出三路检测信号Iλ1海水、Iλ2海水、Iλ3海水,其中,λ1、λ2、λ3分别为三个滤光片的滤光波长,且λ1为指示剂的酸态的最大吸收波长,λ2为指示剂的碱态的最大吸收波长,λ3为参比波长,所述参比波长为指示剂的酸态和碱态都不吸收的波长;然后,光路检测系统对海水样品与指示剂的混合溶液进行光照检测,输出三路检测信号Iλ1混合溶液、Iλ2混合溶液、Iλ3混合溶液
利用公式                                               
Figure 2013107028681100001DEST_PATH_IMAGE002
计算出海水样品的PH值;其中,
Figure 2013107028681100001DEST_PATH_IMAGE004
Figure 2013107028681100001DEST_PATH_IMAGE006
Figure 2013107028681100001DEST_PATH_IMAGE008
Figure 2013107028681100001DEST_PATH_IMAGE010
为指示剂的解离常数,e1、e2、e3为指示剂在最大吸收波长λ1、λ2处的摩尔吸收系数比值。
3. 根据权利要求2所述的用于检测海水PH值的微光信号检测装置,其特征在于:所述摩尔吸收系数比值e1、e2、e3由指示剂在最大吸收波长λ1、λ2处的摩尔吸光系数
Figure 2013107028681100001DEST_PATH_IMAGE012
Figure 2013107028681100001DEST_PATH_IMAGE016
Figure 2013107028681100001DEST_PATH_IMAGE018
确定,且
Figure 2013107028681100001DEST_PATH_IMAGE020
,
Figure 2013107028681100001DEST_PATH_IMAGE022
4. 根据权利要求2所述的用于检测海水PH值的微光信号检测装置,其特征在于:所述指示剂为间甲酚紫;所述λ1=578nm、λ2=432nm、λ3=730nm。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的用于检测海水PH值的微光信号检测装置,其特征在于:在所述流路系统中还设置有三通阀组、水样泵、指示剂泵和两路定量环,所述流通池连接在第一路定量环中;在对海水样品进行光照检测时,控制三通阀组形成双开环流路,在水样泵的驱动下,通过第一路定量环对海水样品进行定量取样;在指示剂泵的驱动下,通过第二路定量环对指示剂进行定量取样;
在对海水样品与指示剂的混合溶液进行光照检测时,控制三通阀组形成单闭环流路,使所述的两路定量环接通,形成闭合环路,并在水样泵或者指示剂泵的驱动下,使海水样品和指示剂在闭合环路中流动,充分混合后再进行光照检测。
6. 根据权利要求5所述的用于检测海水PH值的微光信号检测装置,其特征在于:所述流通池为锥型流通池,将锥型流通池的顶点和底面连接在第一路定量环中;在锥型流通池的侧面、位置相对的两侧设计接口,分别通过光纤与LED光源和一进三出光纤耦合器对应耦合连接。
7. 根据权利要求5所述的用于检测海水PH值的微光信号检测装置,其特征在于:在所述主控系统中设置有主处理器、LED光源驱动模块、微光信号采集模块和泵阀驱动模块;所述主处理器在测试开始后,执行如下控制过程:
a、控制泵阀驱动模块对三通阀组的连通通路进行调整,使第一路定量环连接在海水样品容器与废液池之间,第二路定量环连接在指示剂容器与废液池之间;
b、控制泵阀驱动模块分别启动水样泵和指示剂泵,对两路定量环的管路进行冲洗并完成定量取样;
c、控制LED光源驱动模块启动,驱动LED光源发光,照射流通池中海水样品,并控制微光信号采集模块采集三路光电二极管输出的海水样品检测信号,并进行记录;
d、控制LED光源驱动模块关闭;
e、控制泵阀驱动模块对三通阀组的连通通路进行调整,使两路定量环接通,形成闭合环路;然后,启动水样泵,驱动定量取样的海水样品和指示剂在闭合环路中流动,待充分混合后,控制水样泵停止;
f、控制LED光源驱动模块启动,驱动LED光源发光,照射流通池中的混合溶液,并控制微光信号采集模块采集三路光电二极管输出的混合溶液检测信号,并进行记录;
g、根据记录的海水样品检测信号和混合溶液检测信号,计算出海洋样品的PH值。
8. 根据权利要求7所述的用于检测海水PH值的微光信号检测装置,其特征在于:在所述LED光源驱动模块中设置有恒流基准源,所述恒流基准源在接收到主处理器输出的启动信号后,输出恒定电流至LED光源,驱动LED光源发射白光。
9. 根据权利要求7所述的用于检测海水PH值的微光信号检测装置,其特征在于:在所述微光信号采集模块中设置有整形滤波隔离电路、可编程增益放大器和A/D转换器;所述整形滤波隔离电路接收三路光电二极管输出的检测信号,并对三路检测信号进行隔离和整形滤波处理后,发送至可编程增益放大器进行放大,然后发送至A/D转换器进行模数转换后,输出至所述的主处理器;所述主处理器输出增益选择控制信号至可编程增益放大器,对可编程增益放大器的放大倍数进行调节。
10. 根据权利要求7所述的用于检测海水PH值的微光信号检测装置,其特征在于:在所述微光信号检测装置中还设置有电源模块、存储模块和通信模块;所述电源模块接收电池供电,并转换成不同的直流电源为装置中的不同用电负载供电;所述主处理器将接收到的检测信号以及计算结果写入存储模块进行保存,并将计算结果通过通信模块上传至上位机。
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