本发明涉及淡水水域检测领域，特别是涉及一种淡水蓝藻生物量检测系统及方法。
背景技术：
水是生命之源，但由于人类对水资源的过度开发与利用，水资源短缺和水质污染问题已逐渐影响到人们的生活和身体健康。自从上世纪末以来，水华对我国的饮用水构成严重威胁，我国66％的湖泊曾受到水华的影响。其中，太湖、巢湖、滇池三大湖泊富营养化问题最为突出。因此，对水华的科学治理迫在眉睫。
而在蓝藻水华爆发前进行准确的预警是蓝藻水华治理的重要一环，根据相关研究报道，我国有81％的水华由蓝藻所引起。检测蓝藻的浓度成为蓝藻水华预警机制的首要任务。
目前对蓝藻的监测都是检测蓝藻在水中的密度，市场上已出现多种便携式水质传感器，其常用的技术有：
(1)吸光度法。利用蓝藻中所特有的藻蓝蛋白对特定波长光的吸收特性进行吸光度的测量，以确定蓝藻的密度，吸光度法原理简单、成本低、检测稳定，但灵敏度与检测限不够，对于低浓度下的物质检测误差比较大。
(2)荧光法。利用蓝藻中所特有的藻蓝蛋白在吸收光照后受激发射的荧光具有波长特异性特点，通过检测到其荧光强度的大小来确定蓝藻的密度，荧光法灵敏度高，适合低浓度检测，但抗干扰性能差。
(3)遥感法。利用蓝藻中所特有的藻蓝蛋白对特定波长电磁波的辐射、散射与反射情况，借助对电磁波敏感的仪器进行远距离探测，遥感法可以远距离检测，检测范围广，但灵敏度与精确度低，且很容易受到天气的影响。
荧光法因其简便易行、灵敏度高、可实现原位检测等特点而被广泛应用。荧光法检测蓝藻常以藻蓝蛋白作为特征色素进行检测。但在实际水体中常因蓝藻以及其它藻类含有大量的叶绿素a产生荧光干扰而对导致藻蓝蛋白的检测不准确。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种检测精度及灵敏度高的淡水蓝藻生物量检测系统。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种淡水蓝藻生物量检测系统，包括：光源模块、光路模块及电性连接于所述光路模块的控制模块，所述光源模块用于提供包括两种波长的激发光，所述光路模块包括第一检测器件、第二检测器件及过滤镜组；其中：
所述激发光经光纤传输后进入淡水水体产生光信号，所述光信号包括第一受激发射荧光及第二激发光；
所述第一受激发射荧光经所述过滤镜组过滤后由所述第一检测器件进行荧光强度的检测与吸收后形成第一电流信号；
所述第二激发光经所述过滤镜组过滤后由所述第二检测器件进行激发光强度的检测与吸收后形成第二电流信号；
所述控制模块对获取的所述第一电流信号及第二电流信号进行处理并根据处理结果实现对淡水蓝藻生物量的检测。
在一些较佳的实施例中，所述光源模块包括稳压电源、电性连接与所述稳压电源的激光二极管驱动器、电性连接与所述激光二极管驱动器的激发光源及电性连接与所述激光二极管驱动器的调制单元。
在一些较佳的实施例中，所述稳压电源由四节1.5V的干电池串联，所述激光二极管驱动器为LD1255R，所述激发光源包括激光二极管，所述激光二极管为两个，其一可出射激光波长为434nm±5nm，用以激发叶绿素a；其二可出射激光波长为595nm±5nm，用以激发藻蓝蛋白，且所述激光二极管出射的双波长激发光经光纤传输后进入淡水水体产生所述第一受激发射荧光，所述双波长激发光经光纤传输后穿过待检测的淡水水体形成所述第二激发光，所述调制单元为正弦信号发生器。
在一些较佳的实施例中，所述第一检测器件为光电倍增管或光电二极管中的一种。
在一些较佳的实施例中，所述第二检测器件为光电二极管。
在一些较佳的实施例中，所述控制模块包括除噪电路、放大电路、模拟-数字转化电路及控制电路，所述第一电流信号及第二电流信号依次经所述除噪电路除噪、所述放大电路放大、模拟-数字转化电路转换后，再经所述控制电路对检测的数据进行运算、存储，并跟踪变化情况，以便于做藻华的预测报警。
在一些较佳的实施例中，所述除噪电路为数字滤波器，所述放大电路为跨阻放大电路，所述控制电路为单片机。
在一些较佳的实施例中，所述控制电路还电性连接于所述调制单元，所述控制电路根据计算结果控制所述调制单元。
在一些较佳的实施例中，所述淡水蓝藻生物量检测系统还包括散热模块，所述散热模块固定连接于所述光路模块。
此外，本发明还提供了所述的淡水蓝藻生物量检测系统的检测方法，包括下述步骤：
所述激发光经光纤传输后进入淡水水体产生光信号，所述光信号包括第一受激发射荧光及第二激发光；
所述第一受激发射荧光经所述过滤镜组过滤后由所述第一检测器件进行荧光强度的检测与吸收后形成第一电流信号；
所述第二激发光经所述过滤镜组过滤后由所述第二检测器件进行激发光强度的检测与吸收后形成第二电流信号；
所述控制模块对获取的所述第一电流信号及第二电流信号进行处理并根据处理结果实现对淡水蓝藻生物量的检测。
本发明采用上述技术方案，其有益效果在于：
本发明提供的淡水蓝藻生物量检测系统，选用包括两种波长的激发光，所述激发光经光纤传输后进入淡水水体产生第一受激发射荧光及第二激发光，经所述过滤镜组过滤后其中的所述第一受激发射荧光经所述第一检测器件进行荧光强度的检测与吸收后形成第一电流信号，经所述过滤镜组过滤后其中的所述第二激发光经所述第二检测器件进行激发光强度的检测与吸收后形成第二电流信号，所述控制模块对获取的所述第一电流信号及第二电流信号进行处理并根据处理结果实现对淡水蓝藻生物量的检测，从而能够同时实现叶绿素a与藻蓝蛋白的检测，规避了以往借助叶绿素a与藻蓝蛋白的关系来实现蓝藻的检测，提高了检测的精确度，实现两者检测的分离，可依据两者的灵敏变化预测蓝藻水华的发生情况。
附图说明
图1为一实施方式的淡水蓝藻生物量检测系统的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。需要说明的，本文中所使用的术语“第一、第二”等仅为方便描述，不能理解为指示或暗示相对重要性，也不理解为有先后顺序关系。
如图1所示，一实施方式的淡水蓝藻生物量检测系统100，包括光源模块110、光路模块120及电性连接于所述光路模块120的控制模块130。其中：
所述光源模块110用于提供包括两种波长的激发光。所述光源模块110包括稳压电源111、电性连接与所述稳压电源111的激光二极管驱动器112、电性连接与所述激光二极管驱动器112的激发光源113及电性连接与所述激光二极管驱动器112的调制单元114。其中：
所述稳压电源111由四节1.5V的干电池串联，由于稳压电源采用四节1.5V的干电池串联，可以为整个系统提供电能。
所述激光二极管驱动器112为LD1255R，选用LD1255R的激光二极管驱动器112可实现精密恒流控制，结合来自正弦信号发生器的调制信号，可将驱动信号传输给激发光源113。
具体地，所述激光二极管113为两个，其一可出射激光波长为434nm±5nm，用以激发叶绿素a；其二可出射激光波长为595nm±5nm，用以激发藻蓝蛋白，且所述激光二极管113出射的双波长激发光经光纤传输后进入淡水水体产生所述第一受激发射荧光，所述双波长激发光经光纤传输后穿过待检测的淡水水体形成所述第二激发光。
可以理解，所述激光二极管113出射的双波长激发光经光纤传输后进入淡水水体产生所述第一受激发射荧光实际上是两路，且之间可分频率切换，可分别分时检测来自藻蓝蛋白的荧光与来自叶绿素a的荧光。
可以理解，所述双波长激发光经光纤传输后穿过待检测的淡水水体形成所述第二激发光也有两个波长可分别分时检测来自藻蓝蛋白的激发光与来自叶绿素a的激发光。
可以理解，由于淡水中藻蓝蛋白与叶绿素a两种色素都具有荧光效应，藻蓝蛋白激发谱中的激发峰在624nm，发射谱中的发射峰在650nm，叶绿素a的激发谱中的激发峰在434nm，发射谱中的发射峰在680nm，且两种色素的荧光光谱存在很大程度上的重叠，也即存在较大的检测干扰，因此，本发明提供的所述激发光源113包括激光二极管可出射波长为434nm±5nm与595nm±5nm在此波长下，可实现叶绿素a与藻蓝蛋白的抗干扰解耦检测，从而解除了检测过程中叶绿素a的干扰，实现两种色素的独立检测，使藻蓝蛋白浓度的测量结果更加精确。
进一步地，由于激光二极管相比于普通的发光二极管，其具有光谱波长的特异性好，发出光线的准直性高，光源强度大等优点，这有利于增强激发光源的光强与稳定特异性，能够提高传感器检测的灵敏度与检测限。
所述调制单元114选用正弦信号发生器。可以理解，激光二极管驱动电路调制输出的是高频信号，为使此信号在激光二极管与激光二极管驱动器112之间实现不失真的有效传递，就必须对线路(保证信号传输的连续性)和终端(保证信号被完全吸收)进行有效的匹配，由于本发明选用正弦信号发生器，其直接受控制器件控制，实行脉冲振幅调制，可更好的保证驱动信号的真实性，有利于提高传感器检测的检测灵敏度。
所述光路模块120包括第一检测器件121、第二检测器件122及过滤镜组123。其中：
第一检测器件121可以采用光电倍增管，也可以用光电二极管，其由检测用途以及成本决定。可以理解，当用于较高浓度检测时采用光电二极管，用于低浓度检测则采用光电倍增管。
第二检测器件122选用光电二极管，可检测强度稍大些的荧光，用来检测藻蓝蛋白与叶绿素a不同激发光的光强。
可以理解，第二检测器件实际有两个，分别在两个通路中，其一可检测595nm的藻蓝蛋白的激发光；其二可检测434nm的叶绿素a的激发光。
可以理解，本发明采用灵敏的检测器件，可大幅提升仪器检测的灵敏度与检测限范围。
可以理解，过滤镜组123实际为4套，即包括用于过滤第一受激发射荧光的两套和用于过滤第二激发光的两套。
所述控制模块130包括除噪电路131、放大电路132、模拟-数字转化电路133及控制电路134。所述第一电流信号及第二电流信号依次经所述除噪电路131除噪、所述放大电路132放大、模拟-数字转化电路133转换后，再经所述控制电路134计算后得到淡水蓝藻生物量的浓度，所述控制电路134并根据所述浓度与阈值的大小判断淡水蓝藻生物量是否超标。其中：
所述除噪电路131为数字滤波器，由第一检测器件121、第二检测器件122所输出的电流信号经除噪电路131可去除干扰信号。
放大电路132选用跨阻放大器，放大电路132将电流信号放大并转换为电压信号。
控制电路134选用低功耗的MSP系列的单片机，由控制电路134对检测的数据进行运算、存储，并跟踪变化情况，以便于做藻类的预测报警。可以理解，本发明的控制电路134采用低功耗的MSP系列的单片机，降低系统的功耗，弥补因激光光源功率过大带来的损耗。
进一步地，所述控制电路134还电性连接于所述调制单元114，所述控制电路134根据计算结果控制所述调制单元134，完成一个闭环控制。
优选地，本发明提供的所述淡水蓝藻生物量检测系统100还包括散热模块(图未示)，所述散热模块固定连接于所述光路模块120。
可以理解，通过散热模块可将系统检测过程中产生的热量及时消散，提高系统的使用寿命。
上述淡水蓝藻生物量检测系统100的工作原理如下：光源模块110提供的包括两种波长的激发光经光纤传输后进入淡水水体A产生光信号，所述光信号包括第一受激发射荧光及第二激发光；所述第一受激发射荧光经所述过滤镜组123过滤后由所述第一检测器件121进行荧光强度的检测与吸收后形成第一电流信号；所述第二激发光经所述过滤镜组123过滤后由所述第二检测器件122进行激发光强度的检测与吸收后形成第二电流信号；所述控制模块130对获取的所述第一电流信号及第二电流信号进行处理并根据处理结果实现对淡水蓝藻生物量的检测。
另外，本发明还提供了一种根据所述的淡水蓝藻生物量检测系统的检测方法，包括下述步骤：
步骤S110：所述激发光经光纤传输后进入淡水水体产生光信号，所述光信号包括第一受激发射荧光及第二激发光；
步骤S120：所述第一受激发射荧光经所述过滤镜组过滤后由所述第一检测器件进行荧光强度的检测与吸收后形成第一电流信号；
步骤S130：所述第二激发光经所述过滤镜组过滤后由所述第二检测器件进行激发光强度的检测与吸收后形成第二电流信号；
步骤S140：所述控制模块对获取的所述第一电流信号及第二电流信号进行处理并根据处理结果实现对淡水蓝藻生物量的检测。
上述淡水蓝藻生物量检测系统的检测方法其详细的工作原理在淡水蓝藻生物量检测系统100中已有详细描述，这里不再阐述。
本发明提供的淡水蓝藻生物量检测系统100，选用更加合理的激发波长与发射波长，在数据处理中采用抗干扰解耦多元校正模型算法，解除检测过程中叶绿素a的干扰，实现两种色素的独立检测，使藻蓝蛋白浓度的测量结果更加精确；同时，光路模块中采用双通道设计，可同时实现叶绿素a与藻蓝蛋白的检测，规避以往借助叶绿素a与藻蓝蛋白的关系来实现蓝藻检测的方法，进一步提高了检测的精确度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。