【摘 要】
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溶解氧是溶解于水中的氧气,对水生生物的生存至关重要。溶解氧浓度是水质的重要指标,它受有机污染物和还原性污染物的影响。因此研究溶解氧检测技术具有重要意义。本文针对荧光法溶解氧传感技术进行了深入研究,主要研究内容如下。(1)在考虑温度影响的基础上,基于Stern-Volmer方程构建了荧光强度、荧光寿命结合的溶解氧浓度测量模型。溶解氧对荧光的猝灭作用使荧光强度减弱、荧光
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溶解氧是溶解于水中的氧气,对水生生物的生存至关重要。溶解氧浓度是水质的重要指标,它受有机污染物和还原性污染物的影响。因此研究溶解氧检测技术具有重要意义。本文针对荧光法溶解氧传感技术进行了深入研究,主要研究内容如下。(1)在考虑温度影响的基础上,基于Stern-Volmer方程构建了荧光强度、荧光寿命结合的溶解氧浓度测量模型。溶解氧对荧光的猝灭作用使荧光强度减弱、荧光寿命缩短。使用正向偏置的正弦信号作为激发信号时,输出信号也是正向偏置的正弦信号。信号的直流成分反应荧光强度,可以直接测量;正弦成分的相位反应荧光寿命,可以转化为相移测量。结合荧光强度和荧光寿命,可以提高测量的可靠性和精度。(2)设计了一种同频率正弦信号相位差检测技术。使用双T负反馈窄带滤波技术对信号进行预处理滤除干扰信号,并使用自适应放大技术将输入信号振幅调整到一致,最终根据信号之差的振幅确定原始信号的相位差。针对4kHz附近的正弦信号,相位差的测量精度可达0.11°,使用模拟电路进行测量,不存在明显的延时,在保证测量精度的基础上提高了测量速度。(3)研究了环境温度对荧光强度、荧光寿命和stern-volmer常数的影响,并基于荧光强度、荧光寿命、stern-volmer常数随温度的变化曲线提出了温度补偿模型。实验结果表明此模型可以有效解决温度对测量结果的影响。(4)设计了荧光法溶解氧传感器光学结构,开发了荧光强度和荧光寿命测量软硬件,实现了荧光法测量水中溶解氧的传感器。在光路设计中调整激发光的入射角对激发光和荧光进行空间分离,然后对荧光进行了带通滤光和聚光,降低了干扰。在数据处理中使用误差理论将荧光强度和荧光寿命结合,提高了测量的可靠性,且将测量精度从0.21mg/L和0.18mg/L提高到0.12mg/L。
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