一種基于熒光猝滅原理的溶解氧測量方法和用圖
【技術領域】
[0001] 本發明涉及水體中溶解氧測量技術領域，具體而言，涉及一種基于熒光猝滅原理 的溶解氧測量方法和用途。
【背景技術】
[0002] 熒光猝滅原理，廣義上說包括了任何可使熒光強度降低的作用。狹義上，僅僅指那 些由于熒光物質分子與溶劑或溶質分子之間所發生，導致熒光強度下降的物理或化學作用 過程。這些會引起熒光猝滅的物質稱為猝滅劑。
[0003] 熒光猝滅過程實際上是與發光過程相互競爭從而縮短發光分子激發態壽命的過 程，熒光壽命是關于接收信號相位的函數。現有的光學溶解氧傳感器的測量機理都是基于 動態猝滅過程。在動態猝滅過程中，熒光物質的激發態分子通過與猝滅劑分子的碰撞作用， 以能量轉移的機制或電荷轉移的機制喪失其激發能而返回基態。并且，現有技術中，對溶解 氧濃度的測量都是通過測量熒光的光強度來計算得到溶解氧濃度，但是熒光的光強度容易 受到外界光的干擾，造成測量結果不準確，穩定性較低。
【發明內容】
[0004] 針對上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于熒光猝滅原理的溶解氧測 量方法和用途，該方法根據激發光和參照光的相位差計算熒光的相位，根據熒光相位計算 溶解氧濃度，計算結果不受雜光干擾，準確性高，穩定性好。
[0005] 為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0006] -種基于熒光猝滅原理的溶解氧測量方法，進行測量時，首先，將傳感器置于目標 海域，控制激發光二極管發出激發光，激發光到達氧敏感膜，促使氧敏感膜與水環境中的溶 解氧發生反應，并發出紅色熒光，該紅色熒光傳輸至光電探測器，由光電轉化板轉換成激發 光電信號；
[0007] 其次，切斷激發光二極管，控制參照光二極管發出紅光，紅光到達氧敏感膜，并被 反射后傳輸至光電探測器，由光電轉化板轉換成參照光電信號；
[0008] 最后，數據終端對兩次電信號的相位進行記錄，并結合溫度傳感器提供的水溫，進 行計算，所述計算包括以下步驟：
[0009] (1)計算得到激發光的相位^p1和參照光的相位恥，得到相位差Δφ
[0010]
[0011] ⑵利用步驟⑴得到的Δφ，計算得到氧氣分壓Δρ
[0012]
[0013]其中，C0、C" C2 · · · C27、m0、m" m2 · · · m27、η0、η" η2 · · · η27均為常數，A0(T) 和 A1W 為與溫度 T 有關的函數，C。、CpC2 - · .C2Pnvmpm2 - · .IIi2Prvnpn2 - · ·η27、 Α。⑴和A1⑴通過測量溶氧濃度為O%和100%的情況下得到，T為溫度，單位為°(：;
[0014] (3)利用步驟⑵得到的Δρ，計算得到氧氣飽和度S
[0015]
[0016] 其中，Pig為標準大氣壓，數值為101. 3kPa，Pni為大氣中的標準氧含量，數值為 0.20946，
[0017]
[0018] (4)利用步驟（3)得到的氧氣飽和度S，計算得到溶氧濃度[02]
[0019]
[0020] 其中，C*為氧溶解量，通過下式計算得到
[0021]
[0022]
[0023] 其中，Ts為標稱溫度，S A為水體鹽度，D。、D2、D3、D4、D 5、E。、E2、E3、F。均為常 數，通過測量溶氧濃度為0%和100%的情況下得到，
[0024]
[0025] 進一步，還包括步驟（5)，對步驟（4)得到的溶氧濃度[02]進行深度校準，校準通 過下式進行：
[0026]
[0027] 其中，O2ctt0為進行深度校準后的溶氧濃度，d為傳感器在水體中的深度。
[0028] 上述基于熒光猝滅原理的溶解氧測量方法在光學溶解氧傳感器上的應用。
[0029] 本發明的有益效果包括：
[0030] 1、本發明提供了一種全新的計算溶解氧濃度的測量和計算方法，該方法中對相位 差Δφ和Ap進行了線性化和加入了溫度補償，提高了計算結果的準確性；
[0031] 2、本發明的方法利用激發光和參照光的相位差進行計算，Δφ通過線性關系式進 行計算后，彌補了激發光在發射和接收過程中的電路延時，提高計算結果的準確性；
[0032] 3、本發明還對測量結果進行深度補償校準，去除了水樣深度造成的測量結果偏 差，明顯提高計算結果的準確性和穩定性。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發明基于的溶解氧傳感器原理示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 為了使本領域的人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合本發明的附圖，對 本發明的技術方案進行清楚、完整的描述，基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在 沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的其它類同實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。
[0035] 實施例一：
[0036] 圖1為本發明基于的溶解氧測量傳感器的原理示意圖，如圖1所示，該溶解氧測量 儀器包括激發光二極管1、參照光二極管2、氧敏感膜3、光電探測器4、光電轉化板5和通信 控制模塊6。
[0037] 進行測量時，首先，將傳感器置于目標海域，控制激發光二極管1發出藍綠光，所 述藍綠光到達氧敏感膜3,促使氧敏感膜3與水環境中的溶解氧發生反應，并發出紅色熒 光，該紅色熒光傳輸至光電探測器10,由光電轉化板5轉換成激發光電信號并傳輸到通信 控制模塊6,經過通信處理后傳遞到數據終端。
[0038] 其次，切斷激發光二極管1，控制參照光二極管2發出紅光，紅光到達氧敏感膜3， 紅光不與氧敏感膜3反應，被反射后傳輸至光電探測器4,由光電轉化板5轉換成參照光電 信號并傳輸到通信控制模塊6,經過通信處理后傳遞到數據終端。
[0039] 最后，數據終端對兩次電信號進行記錄和比較，并結合溫度傳感器提供的水溫，計 算得出水體中的溶解氧質量濃度，測量迅速，自動化程度高，計算過程為：
[0040] (1)測量得到激發光的相位φ:?和參照光的相位阪，利用下式得到相位差Δφ [0041 ]
[0042] Δφ通過上述線性關系式進行計算后，彌補了激發光在發射和接收過程中的電路 延時，提高計算結果的準確性；
[0043] (2)