專利名稱：一種采用三法融合的熒光法水中溶解氧含量測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水中溶解氧含量測量方法，可用于水體質(zhì)量檢測，完成對(duì)水中溶解氧含量的靈活準(zhǔn)確測量。
背景技術(shù)：
溶解氧作為一項(xiàng)重要的水質(zhì)指標(biāo)，無論在水質(zhì)評(píng)價(jià)還是在科學(xué)研究中，都具有重要作用。如何準(zhǔn)確、連續(xù)快速測定溶解氧濃度一直是分析化學(xué)的重要課題。因此運(yùn)用化學(xué)理論和手段進(jìn)行溶解氧檢測的方法首先在化學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)，并將此類方法稱為化學(xué)法。而隨著其它學(xué)科技術(shù)的不斷發(fā)展，各學(xué)科相互結(jié)合而衍生的儀器法由于其快速簡便等特點(diǎn)逐漸成為近年來溶解氧濃度檢測領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
目前傳統(tǒng)測量DO (dissolved oxygen，溶解氧)的方法主要有碘量法，電流法和電導(dǎo)法。傳統(tǒng)測量方法由于其固有結(jié)構(gòu)和分析方法的特點(diǎn)，存在著很多缺陷。國內(nèi)近年一些單位和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開發(fā)研制出一些小型溶解氧檢測儀(溶解氧儀)，這些溶解氧儀大多是基于電流測定法。而目前國際上溶解氧儀發(fā)展的主流，是采用熒光法的光纖溶解氧傳感ο
熒光法溶解氧儀是基于物理學(xué)中特定物質(zhì)對(duì)活性熒光的猝熄原理。熒光法測量DO 有較高的測量精度和抗干擾能力，采用其方法的溶解氧儀具有較好的重復(fù)性和穩(wěn)定性。當(dāng)前，國內(nèi)研發(fā)熒光法溶解氧儀的廠家很少，并且產(chǎn)品質(zhì)量都不理想，所以涉及到熒光法溶解氧采購的項(xiàng)目基本上都倚賴于進(jìn)口品牌。但是由于進(jìn)口品牌價(jià)格昂貴，國內(nèi)很多用戶現(xiàn)在還是在用膜法溶解氧?；跓晒夥ㄈ苎鮾x的諸多優(yōu)點(diǎn)，很容易受到國內(nèi)用戶的認(rèn)可，且溶解氧無論是在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測，還是污水處理上又是一個(gè)必不可少的監(jiān)測參數(shù)，所以熒光法溶解氧在國內(nèi)有很大的市場有待開發(fā)，并將對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、污水處理等領(lǐng)域起到保駕護(hù)航的作用。
目前普遍采用的熒光法測量水中溶解氧含量的方法主要為測量激發(fā)紅光的釋放時(shí)間，將釋放時(shí)間與參考紅光的釋放時(shí)間進(jìn)行比對(duì)，得到溶解氧含量。雖然這種方法原理簡單也便于實(shí)現(xiàn)，但其測量精度與其他兩種方法相比仍然比較粗糙。如何進(jìn)一步提高溶解氧測量的準(zhǔn)確性，是這一領(lǐng)域目前的研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是能夠克服現(xiàn)有膜結(jié)構(gòu)溶氧儀后期維護(hù)成本大，測量性能不穩(wěn)定等不足。將測量激發(fā)紅光時(shí)長、激發(fā)紅光與參考紅光的相位差以及激發(fā)紅光波長三種方法融合起來的熒光法測量水中溶解氧的含量，得到一種比上述任何單一測量方法精度更高，也更加穩(wěn)定的新式組合溶解氧測量方法，很好彌補(bǔ)了三種方法在單獨(dú)測量時(shí)的不足。
本發(fā)明一種采用三法融合的熒光法水中溶解氧含量測量方法，其特征在于包括下列步驟
(1)熒光法測量水中溶解氧含量的方法需要通過光束照射處于水中的熒光物質(zhì)， 根據(jù)光束激發(fā)后產(chǎn)生的要素來做相應(yīng)的處理。其中，照射光束包含藍(lán)色和紅色兩種光束，其中藍(lán)色光束為照射光束，而紅色光束為參考光束。兩種光束在進(jìn)行水中溶解氧含量測量時(shí)是同時(shí)發(fā)出的；
(2)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光，藍(lán)光發(fā)出的同時(shí)，發(fā)出參考紅光；通過比對(duì)激發(fā)后產(chǎn)生的紅光強(qiáng)度與參考紅光的光強(qiáng)，得出采用測量熒光光強(qiáng)方法測量的水中溶解氧含量；
(3)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光，藍(lán)光發(fā)出的同時(shí)，發(fā)出參考紅光；將激發(fā)紅光與參考紅光在到達(dá)相同波長(或光強(qiáng))時(shí)的相位做比對(duì)，得出采用測量熒光相位差方法測量的水中溶解氧含量；
(4)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光，藍(lán)光發(fā)出的同時(shí)，發(fā)出參考紅光；測量激發(fā)紅光的釋放時(shí)間，并將其與參考紅光的釋放時(shí)間做比對(duì)，得出采用激發(fā)紅光釋放時(shí)長方法測量的水中溶解氧含量；
(5)在完成上述三種方法對(duì)水中溶解氧含量的單獨(dú)測量之后，以測量激發(fā)紅光時(shí)長的方法為主，(1) (2)所述的方法作為參考，將三組數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得出最優(yōu)的水中溶解氧含量測量值。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于采用了熒光法測量水中溶解氧的含量。與傳統(tǒng)的膜結(jié)構(gòu)的溶氧儀相比，該方法一年內(nèi)無需校準(zhǔn)，后期維護(hù)工作量較少，不受水體流速限制，測量結(jié)果穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，將測量激發(fā)紅光時(shí)長、激發(fā)紅光與參考紅光的相位差以及激發(fā)紅光波長三種方法融合起來，以測量激發(fā)紅光釋放時(shí)間為主，其他兩種方法為參考，將傳統(tǒng)的三種熒光法的測量水中溶解氧的基本方法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到一種比上述任何單一測量方法精度更高，也更加穩(wěn)定的新式組合溶解氧測量方法，很好彌補(bǔ)了三種方法在單獨(dú)測量時(shí)的不足。溶氧儀體積小、功耗低、成本低，且功能齊全、接口豐富，完全能滿足復(fù)雜條件下水中溶解氧含量檢測的要求。


圖1為三法融合方法原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種采用三法融合的熒光法水中溶解氧含量測量方法，包括下列步驟
(1)為了提高水中溶解氧含量的檢測精度，減少外界因素對(duì)水中溶解氧含量測量的干擾，降低采用此方法的儀器儀表后期的維護(hù)成本。本法采用了熒光法測量水中溶解氧的含量，斷絕了測量儀表與被測物質(zhì)的實(shí)際接觸，與傳統(tǒng)的溶解氧測量方法相比，該方法一年內(nèi)無需校準(zhǔn)，后期維護(hù)工作量較少，不受水體流速限制，測量結(jié)果穩(wěn)定。
(2)熒光法測量水中溶解氧含量的方法需要通過光束照射處于水中的熒光物質(zhì)， 根據(jù)光束激發(fā)后產(chǎn)生的要素來做相應(yīng)的處理。其中，照射光束包含藍(lán)色和紅色兩種光束，其中藍(lán)色光束為照射光束，而紅色光束為參考光束。兩種光束在進(jìn)行水中溶解氧含量測量時(shí)是同時(shí)發(fā)出的。
(3)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光。通過比對(duì)激發(fā)后產(chǎn)生的紅光強(qiáng)度與參考紅光的光強(qiáng)，得出采用測量熒光光強(qiáng)方法測量的水中溶解氧含量。
(4)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光。測量藍(lán)光激發(fā)紅光與參考紅光在到達(dá)相同波長(或光強(qiáng))時(shí)的相位做比對(duì)，得出采用測量熒光相位差方法測量的水中溶解氧含量。
(5)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光，藍(lán)光發(fā)出的同時(shí)，發(fā)出參考紅光。測量激發(fā)紅光的釋放時(shí)間，并將其與參考紅光的釋放時(shí)間做比對(duì)，得出采用激發(fā)紅光釋放時(shí)長方法測量的水中溶解氧含量。
(6)上述方法就是目前測量氣體濃度較為常見的三種方法。三種方法各有利弊，光照強(qiáng)度的測量方法雖然簡單，但是由于光傳播的散射作用使照射光源難以長久維持在吸收線上，進(jìn)而影響了最后氣體濃度測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；測量波長的方法測量精度準(zhǔn)確而且精度能夠長久的保持，但整個(gè)算法相對(duì)比較復(fù)雜，測量靈敏度與硬件的關(guān)系十分密切，只有速度較高的硬件資源可以保證氣體濃度的準(zhǔn)確性，而速度較高的硬件資源其成本也會(huì)相應(yīng)提高；測量熒光釋放時(shí)間的方法相對(duì)簡單，但測量精度與前兩種方法相比仍然比較粗糙。 為了提高水中溶解氧含量的檢測精度，本發(fā)明采用了將測量激發(fā)紅光時(shí)長、激發(fā)紅光與參考紅光的相位差以及激發(fā)紅光波長三種方法融合起來的熒光法(如圖1所示)測量水中溶解氧的含量。以測量熒光釋放時(shí)間的方法為主，其他兩種方法作為參考，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。從而得到一種比上述任何單一測量方法精度更高，也更加穩(wěn)定的新式組合溶解氧測量方法， 很好彌補(bǔ)了三種方法在單獨(dú)測量時(shí)的不足。
權(quán)利要求
1. 一種采用三法融合的熒光法水中溶解氧含量測量方法，其特征在于包括下列步驟(1)熒光法測量水中溶解氧含量的方法需要通過光束照射處于水中的熒光物質(zhì)，根據(jù)光束激發(fā)后產(chǎn)生的要素來做相應(yīng)的處理。其中，照射光束包含藍(lán)色和紅色兩種光束，其中藍(lán)色光束為照射光束，而紅色光束為參考光束。兩種光束在進(jìn)行水中溶解氧含量測量時(shí)是同時(shí)發(fā)出的；(2)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光，藍(lán)光發(fā)出的同時(shí)，發(fā)出參考紅光；通過比對(duì)激發(fā)后產(chǎn)生的紅光強(qiáng)度與參考紅光的光強(qiáng)，得出采用測量熒光光強(qiáng)方法測量的水中溶解氧含量；(3)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光，藍(lán)光發(fā)出的同時(shí)，發(fā)出參考紅光；將激發(fā)紅光與參考紅光在到達(dá)相同波長(或光強(qiáng))時(shí)的相位做比對(duì)，得出采用測量熒光相位差方法測量的水中溶解氧含量；(4)當(dāng)藍(lán)光照射熒光物質(zhì)后，熒光物質(zhì)受到激發(fā)后產(chǎn)生紅光，藍(lán)光發(fā)出的同時(shí)，發(fā)出參考紅光；測量激發(fā)紅光的釋放時(shí)間，并將其與參考紅光的釋放時(shí)間做比對(duì)，得出采用激發(fā)紅光釋放時(shí)長方法測量的水中溶解氧含量；(5)在完成上述三種方法對(duì)水中溶解氧含量的單獨(dú)測量之后，以測量激發(fā)紅光時(shí)長的方法為主，(1) (2)所述的方法作為參考，將三組數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得出最優(yōu)的水中溶解氧含量測量值。
全文摘要
本發(fā)明為一種采用三法融合的熒光法水中溶解氧含量測量方法，首先同時(shí)采用將測量激發(fā)紅光時(shí)長、激發(fā)紅光與參考紅光的相位差以及激發(fā)紅光波長三種方法對(duì)藍(lán)光激發(fā)的熒光物質(zhì)發(fā)出的紅光進(jìn)行測量，分別得到當(dāng)前的水中溶解氧的含量，接著將激發(fā)紅光與參考紅光的相位差以及激發(fā)紅光波長兩種方法作為測量激發(fā)紅光時(shí)長方法所得數(shù)據(jù)的參考值，將單一方法的測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，最后得出最優(yōu)的水中溶解氧的含量值。本發(fā)明能夠形成優(yōu)勢互補(bǔ)，從而得到一種比上述任何單一測量方法精度更高，也更加穩(wěn)定的新式組合溶解氧測量方法。
文檔編號(hào)G01N21/64GK102495031SQ201110358928
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者劉丙圣, 劉明初, 徐元, 陳熙源, 黃浩乾 申請人:東南大學(xué)