专利名称：一种采用三法融合的荧光法水中溶解氧含量测量方法
技术领域：
本发明涉及一种水中溶解氧含量测量方法，可用于水体质量检测，完成对水中溶解氧含量的灵活准确测量。
背景技术：
溶解氧作为一项重要的水质指标，无论在水质评价还是在科学研究中，都具有重要作用。如何准确、连续快速测定溶解氧浓度一直是分析化学的重要课题。因此运用化学理论和手段进行溶解氧检测的方法首先在化学领域出现，并将此类方法称为化学法。而随着其它学科技术的不断发展，各学科相互结合而衍生的仪器法由于其快速简便等特点逐渐成为近年来溶解氧浓度检测领域的热点。
目前传统测量DO (dissolved oxygen，溶解氧)的方法主要有碘量法，电流法和电导法。传统测量方法由于其固有结构和分析方法的特点，存在着很多缺陷。国内近年一些单位和研究机构已经开发研制出一些小型溶解氧检测仪(溶解氧仪)，这些溶解氧仪大多是基于电流测定法。而目前国际上溶解氧仪发展的主流，是采用荧光法的光纤溶解氧传感ο
荧光法溶解氧仪是基于物理学中特定物质对活性荧光的猝熄原理。荧光法测量DO 有较高的测量精度和抗干扰能力，采用其方法的溶解氧仪具有较好的重复性和稳定性。当前，国内研发荧光法溶解氧仪的厂家很少，并且产品质量都不理想，所以涉及到荧光法溶解氧采购的项目基本上都倚赖于进口品牌。但是由于进口品牌价格昂贵，国内很多用户现在还是在用膜法溶解氧。基于荧光法溶氧仪的诸多优点，很容易受到国内用户的认可，且溶解氧无论是在工业生产、环境监测，还是污水处理上又是一个必不可少的监测参数，所以荧光法溶解氧在国内有很大的市场有待开发，并将对工业生产、环境监测、污水处理等领域起到保驾护航的作用。
目前普遍采用的荧光法测量水中溶解氧含量的方法主要为测量激发红光的释放时间，将释放时间与参考红光的释放时间进行比对，得到溶解氧含量。虽然这种方法原理简单也便于实现，但其测量精度与其他两种方法相比仍然比较粗糙。如何进一步提高溶解氧测量的准确性，是这一领域目前的研究热点。
发明内容
本发明的技术解决问题是能够克服现有膜结构溶氧仪后期维护成本大，测量性能不稳定等不足。将测量激发红光时长、激发红光与参考红光的相位差以及激发红光波长三种方法融合起来的荧光法测量水中溶解氧的含量，得到一种比上述任何单一测量方法精度更高，也更加稳定的新式组合溶解氧测量方法，很好弥补了三种方法在单独测量时的不足。
本发明一种采用三法融合的荧光法水中溶解氧含量测量方法，其特征在于包括下列步骤
(1)荧光法测量水中溶解氧含量的方法需要通过光束照射处于水中的荧光物质， 根据光束激发后产生的要素来做相应的处理。其中，照射光束包含蓝色和红色两种光束，其中蓝色光束为照射光束，而红色光束为参考光束。两种光束在进行水中溶解氧含量测量时是同时发出的；
(2)当蓝光照射荧光物质后，荧光物质受到激发后产生红光，蓝光发出的同时，发出参考红光；通过比对激发后产生的红光强度与参考红光的光强，得出采用测量荧光光强方法测量的水中溶解氧含量；
(3)当蓝光照射荧光物质后，荧光物质受到激发后产生红光，蓝光发出的同时，发出参考红光；将激发红光与参考红光在到达相同波长(或光强)时的相位做比对，得出采用测量荧光相位差方法测量的水中溶解氧含量；
(4)当蓝光照射荧光物质后，荧光物质受到激发后产生红光，蓝光发出的同时，发出参考红光；测量激发红光的释放时间，并将其与参考红光的释放时间做比对，得出采用激发红光释放时长方法测量的水中溶解氧含量；
(5)在完成上述三种方法对水中溶解氧含量的单独测量之后，以测量激发红光时长的方法为主，(1) (2)所述的方法作为参考，将三组数据进行数据融合，得出最优的水中溶解氧含量测量值。
本发明与现有技术相比的优点在于采用了荧光法测量水中溶解氧的含量。与传统的膜结构的溶氧仪相比，该方法一年内无需校准，后期维护工作量较少，不受水体流速限制，测量结果稳定。在此基础上，将测量激发红光时长、激发红光与参考红光的相位差以及激发红光波长三种方法融合起来，以测量激发红光释放时间为主，其他两种方法为参考，将传统的三种荧光法的测量水中溶解氧的基本方法进行数据融合，得到一种比上述任何单一测量方法精度更高，也更加稳定的新式组合溶解氧测量方法，很好弥补了三种方法在单独测量时的不足。溶氧仪体积小、功耗低、成本低，且功能齐全、接口丰富，完全能满足复杂条件下水中溶解氧含量检测的要求。
图1为三法融合方法原理图。
具体实施例方式
本发明的技术解决方案为一种采用三法融合的荧光法水中溶解氧含量测量方法，包括下列步骤
(1)为了提高水中溶解氧含量的检测精度，减少外界因素对水中溶解氧含量测量的干扰，降低采用此方法的仪器仪表后期的维护成本。本法采用了荧光法测量水中溶解氧的含量，断绝了测量仪表与被测物质的实际接触，与传统的溶解氧测量方法相比，该方法一年内无需校准，后期维护工作量较少，不受水体流速限制，测量结果稳定。
(2)荧光法测量水中溶解氧含量的方法需要通过光束照射处于水中的荧光物质， 根据光束激发后产生的要素来做相应的处理。其中，照射光束包含蓝色和红色两种光束，其中蓝色光束为照射光束，而红色光束为参考光束。两种光束在进行水中溶解氧含量测量时是同时发出的。
(3)当蓝光照射荧光物质后，荧光物质受到激发后产生红光。通过比对激发后产生的红光强度与参考红光的光强，得出采用测量荧光光强方法测量的水中溶解氧含量。
(4)当蓝光照射荧光物质后，荧光物质受到激发后产生红光。测量蓝光激发红光与参考红光在到达相同波长(或光强)时的相位做比对，得出采用测量荧光相位差方法测量的水中溶解氧含量。
(5)当蓝光照射荧光物质后，荧光物质受到激发后产生红光，蓝光发出的同时，发出参考红光。测量激发红光的释放时间，并将其与参考红光的释放时间做比对，得出采用激发红光释放时长方法测量的水中溶解氧含量。
(6)上述方法就是目前测量气体浓度较为常见的三种方法。三种方法各有利弊，光照强度的测量方法虽然简单，但是由于光传播的散射作用使照射光源难以长久维持在吸收线上，进而影响了最后气体浓度测量的准确性和稳定性；测量波长的方法测量精度准确而且精度能够长久的保持，但整个算法相对比较复杂，测量灵敏度与硬件的关系十分密切，只有速度较高的硬件资源可以保证气体浓度的准确性，而速度较高的硬件资源其成本也会相应提高；测量荧光释放时间的方法相对简单，但测量精度与前两种方法相比仍然比较粗糙。 为了提高水中溶解氧含量的检测精度，本发明采用了将测量激发红光时长、激发红光与参考红光的相位差以及激发红光波长三种方法融合起来的荧光法(如图1所示)测量水中溶解氧的含量。以测量荧光释放时间的方法为主，其他两种方法作为参考，进行数据融合。从而得到一种比上述任何单一测量方法精度更高，也更加稳定的新式组合溶解氧测量方法， 很好弥补了三种方法在单独测量时的不足。
权利要求
1. 一种采用三法融合的荧光法水中溶解氧含量测量方法，其特征在于包括下列步骤(1)荧光法测量水中溶解氧含量的方法需要通过光束照射处于水中的荧光物质，根据光束激发后产生的要素来做相应的处理。其中，照射光束包含蓝色和红色两种光束，其中蓝色光束为照射光束，而红色光束为参考光束。两种光束在进行水中溶解氧含量测量时是同时发出的；(2)当蓝光照射荧光物质后，荧光物质受到激发后产生红光，蓝光发出的同时，发出参考红光；通过比对激发后产生的红光强度与参考红光的光强，得出采用测量荧光光强方法测量的水中溶解氧含量；(3)当蓝光照射荧光物质后，荧光物质受到激发后产生红光，蓝光发出的同时，发出参考红光；将激发红光与参考红光在到达相同波长(或光强)时的相位做比对，得出采用测量荧光相位差方法测量的水中溶解氧含量；(4)当蓝光照射荧光物质后，荧光物质受到激发后产生红光，蓝光发出的同时，发出参考红光；测量激发红光的释放时间，并将其与参考红光的释放时间做比对，得出采用激发红光释放时长方法测量的水中溶解氧含量；(5)在完成上述三种方法对水中溶解氧含量的单独测量之后，以测量激发红光时长的方法为主，(1) (2)所述的方法作为参考，将三组数据进行数据融合，得出最优的水中溶解氧含量测量值。
全文摘要
本发明为一种采用三法融合的荧光法水中溶解氧含量测量方法，首先同时采用将测量激发红光时长、激发红光与参考红光的相位差以及激发红光波长三种方法对蓝光激发的荧光物质发出的红光进行测量，分别得到当前的水中溶解氧的含量，接着将激发红光与参考红光的相位差以及激发红光波长两种方法作为测量激发红光时长方法所得数据的参考值，将单一方法的测量结果进行数据融合，最后得出最优的水中溶解氧的含量值。本发明能够形成优势互补，从而得到一种比上述任何单一测量方法精度更高，也更加稳定的新式组合溶解氧测量方法。
文档编号G01N21/64GK102495031SQ201110358928
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者刘丙圣, 刘明初, 徐元, 陈熙源, 黄浩乾 申请人:东南大学