探头式水中油在线检测传感器的研究与设计

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由于陆地和海底石油的大面积开采,以及运输过程中的原油泄漏,自然水体正遭受着越来越多的石油类物质污染,这种现象在沿海港口城市尤为明显。而石油类污染的水体不仅威胁到鱼类等水生动植物的生存、阻碍发展水产经济,还间接或直接地危害人类健康。水体油污染正成为社会经济可持续发展的一大隐患。  快速准确地对水体中石油类污染物的监测,可以对水域水质状况报告和预警,这能够为水体污染及时采取治理措施提供科学依据。目前水中油浓度的常用检测方法有重量法、红外法、紫外分光光度法、荧光法等。其中荧光法灵敏度高,测量响应迅速,是国标中海水分析测定水中油含量的仲裁方法。然而基于荧光法测定水中油的检测设备,多受制于光源和信号采集处理模块的体积,导致仪器成本高、体积大、功耗高,难以满足在线实时实地监测。  本文在分析了荧光法测定水中油的基本原理的基础上,利用水中油在特定紫外光线照射下发射荧光的特性,设计了一种简易的水中油在线检测探头。探头以紫外发光二极管为激发光源,以特定响应范围的光电二极管为光电探测器,二者集成设计成潜入式检测装置。本文主要内容包括:  1.利用FluoroMax-4分光荧光计分析特定水中油样的荧光特性,找到测定该品质油样的特定发光波长和发射波长,并据此选定匹配的发光二极管和光电二极管,作为光源和光电探测器;  2.探头的总体设计,包括选用各部分组件实现对检测装置的搭建和设计相适应的外围电路,共同构成一套测定水中油的光电检测系统;  3.配置标准油样溶液,在搭建的光电检测系统上进行反复地测量试验,并利用有浓度梯度的标准溶液,检测测量结果的线性和重复性;  4.采用美国TurnerDesigns公司生产的C3在线水下荧光仪和本文设计自制作装置对同组溶液进行测量,对比测量结果并进行误差比对分析,寻找自制作传感器探头的优化空间。  采用的紫外-荧光分析法,使用单色紫外发光二极管(LED)作为激发光源,光电二极管作为探测器,二者都有体积小、功耗低的优势,便于在探头上的安装和固定,浸入式的设计适于集成于海岸台站、浮标上进行长期在线测量。
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