第一 LED光源21的发射光和来自第二LED光源22的透射光直接由第二光电二极管25接 收，由此对应产生两个参照信号（光吸收值）R21和R22 ;来自第一 LED光源21的透射光和 来自第二LED光源22的反射光经由入射光纤23进入比色池3,在比色池3中被渗透平衡 液部分吸收后经由透射光纤32而由第一光电二极管24接收，由此对应产生两个测量信号 (光吸收值）M21和M22。测量信号（M2UM22)和参照信号（R21、R22)分别经过光电转换与 I/V转换电路转化为直流信号，再经24位AD转化芯片转换成数字信号，然后再传输到微处 理器芯片，由微处理器芯片将数字信号M21、M22、R21、R22的信号值和对应的时间信息等传 输到数据存储芯片（如FLASH存储器）中保存。
[0050] 计算被测水体中的二氧化碳浓度时，外部PC机从FLASH存储器中或直接从微处理 器芯片中读取对应时间点的测量信号（M2UM22)和参照信号（R21、R22)的信号值，用对应 LED光源的测量信号值（光吸收值）减去参照信号值（光吸收值）而得到渗透平衡液在两 种光源下的光吸收值差Al和A2,即Al = M21-R21，A2 = M22-R22 ;通过计算A2与Al的比 值A2/A1，便可得到被测气体浓度的系统响应值。将前述被测气体浓度的系统响应值代人预 先建立的表明系统响应值与被测气体浓度对应关系的方程中，即可获得该测量时间点的二 氧化碳的浓度值。由于在每一次测量时都能够通过计算两种光源各自的测量信号值和参照 信号值的差值来消除由于光源不稳定带来的误差，使得本实用新型检测装置即使在水下长 时间运行也具有非常高的测量精度。
[0051] 需要说明的是，在使用本实用新型检测装置检测被测气体的浓度前，先利用本实 用新型装置测量若干个已知浓度的标准气体样品在200- 900ppm范围内的系统响应值，从 而建立本实用新型检测装置所得到的系统响应值与气体浓度之间对应关系的标准方程。具 体地说，如图7所示，在200- 900ppm范围内用已知二氧化碳浓度的标准水样浓度作为Y 轴，用本实用新型装置测量对标准水样进行检测得到的系统响应值A2/A1为X轴，绘制得到 本实用新型装置检测二氧化碳浓度的标准曲线。由该标准曲线可知，被测气体浓度与系统 响应值之间成正比例关系。利用本实用新型检测装置建立标定曲线的线性拟合相关系数 达到0. 9915,说明本实用新型检测装置具有较高的可靠性。根据该标准曲线可进一步得到 利用本实用新型检测装置所得到被测气体的系统响应值与被测气体浓度之间对应关系的 方程。
[0052] 作为本实用新型的一种实施方式，被测水体中的二氧化碳浓度的计算过程也可以 直接在微处理器芯片中完成。然后，微处理器芯片将被测气体浓度的计算结果存储在数据 存储芯片中或直接由微处理器芯片发送到水面的PC机进行实时显示和读取。存储在数据 存储芯片的被测气体浓度的计算结果可在需要时再发送给PC机，也可由数据存储芯片实 时发送给PC机进行显示和读取。
[0053] 需要说明的是，本实用新型检测装置除了可以检测水体中二氧化碳的浓度外，还 可以用于检测水体中其他气体（例如甲烷、硫化氢等）的浓度。本领域技术人员可利用现 有技术知识，根据所要检测的具体气体确定所使用的试剂、以及相匹配的第一 LED光源和 第二LED光源的中心波长，其判断标准是以进入比色池3内的第一 LED光源和第二LED光 源的激发光被比色池内的被测气体与试剂的渗透平衡液吸收后均能够出现最大吸收效应 为宜。
【主权项】
1. 一种用于检测水中气体浓度的检测装置，其特征在于：包括气体渗透管（4)、比色池 (3)、试剂袋（61)、废液袋（63)、密封的栗阀舱（5)和耐静水压的控制舱（2);所述气体渗透 管（4)和比色池（3)设置于栗阀舱（5)和控制舱（2)外；所述栗阀舱（5)开设有栗阀舱孔 (55)，该栗阀舱孔（55)用平衡膜57密封覆盖且栗阀舱（5)内充满硅油而使栗阀舱（5)的 内外实现压力平衡；所述控制舱（2)内设有微处理器芯片、光电转换与I/V转换电路、A/ D转换芯片、栗阀控制开关电路、第一 LED光源（21)、第二LED光源（22)、第一光电二极管 (24)、第二光电二极管（25)、支座（2d)和半透半反镜（26)，第一 LED光源（21)和第二LED 光源（22)的激发光的中心波长不同；栗阀舱（5)内设有微流量栗（52)、三通阀（51)和两通 阀（53);所述光电转换与I/V转换电路的输入端分别与所述第一光电二极管（24)、第二光 电二极管（25)电连接，光电转换与I/V转换电路的输出端与A/D转换芯片的输入端电连 接，A/D转换芯片的输出端与所述微处理器芯片的输入端电连接，所述栗阀控制开关电路的 输入端、第一 LED光源（21)、第二LED光源（22)分别与微处理器芯片的输出端电连接；所述 三通阀（51)、微流量栗（52)、两通阀（53)分别与栗阀控制开关电路的输出端电连接；所述 支座（2d)上设有"十"字型通道，所述半透半反镜（26)置于所述"十"字型通道的两条子通 道的内部交汇处，所述"十"字型通道的其中一条子通道的两端端口分别设有所述第二LED 光源（22)、所述第二光电二极管（25);该"十"字型通道的另一条子通道的一端的端口设有 所述第一 LED光源（21)，该子通道的另一端的端口与入射光纤（23)的一端连接；所述入射 光纤（23)的另一端与所述比色池（3)的入射光纤接头连接，所述比色池（3)的透射光纤接 头通过透射光纤（32)与所述第一光电二极管（24)连接；所述比色池（3)的入口与所述气 体渗透管（4 )的出口连通，所述气体渗透管（4 )的入口与所述微流量栗（52 )的出口连通，所 述微流量栗（52)的进口与所述三通阀（51)的公共出口端连通，所述三通阀（51)的一个进 口端与试剂袋连通，所述比色池（3)的出口与所述两通阀（53)的进口端连通，所述两通阀 (53)的出口端与所述废液袋连通。2. 根据权利要求1所述的用于检测水中气体浓度的检测装置，其特征在于：还包括清 洗液袋（62 )，所述清洗液袋与所述三通阀（51)的另一个进口端连通。3. 根据权利要求1所述的用于检测水中气体浓度的检测装置，其特征在于：还包括试 剂舱（6 )，所述试剂袋（61)和/或废液袋（63 )置于所述试剂舱内。4. 根据权利要求2所述的用于检测水中气体浓度的检测装置，其特征在于：还包括试 剂舱（6 )，所述试剂袋（61)、清洗液袋（62 )、废液袋（63 )中的任一个或任几个置于所述试剂 舱内。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的用于检测水中气体浓度的检测装置，其特征在 于：所述控制舱（2)内还设有数据存储芯片，所述数据存储芯片的输入端与所述微处理器 芯片的输出端电连接。6. 根据权利要求5所述的用于检测水中气体浓度的检测装置，其特征在于：所述数据 存储芯片的输出端与外部的PC机连接。7. 根据权利要求1、2、3、4或6所述的用于检测水中气体浓度的检测装置，其特征在于： 所述微处理器芯片与外部的PC机连接。8. 根据权利要求1、2、3、4或6所述的用于检测水中气体浓度的检测装置，其特征在于： 所述半透半反镜（26)与所述"十"字型通道的两条子通道的夹角均为45°。9. 根据权利要求1、2、3、4或6所述的用于检测水中气体浓度的检测装置，其特征在于： 所述第一 LED光源和第二LED光源的激发光进入比色池（3)而被比色池（3)中的试剂与被 测气体的渗透平衡液吸收后均能够出现最大吸收效应。10. 根据权利要求9所述的用于检测水中气体浓度的检测装置，其特征在于：所述被 测气体为二氧化碳，第一 LED光源（21)的激发光的中心波长为620nm，第二LED光源（22) 的激发光的中心波长为430nm，试剂袋中的试剂为BTB试剂。
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于检测水中气体浓度的检测装置。其气体渗透管和比色池设置于泵阀舱和控制舱外；泵阀舱的内外实现压力平衡；控制舱内设有支座、微处理器芯片、光电转换与I/V转换电路、A/D转换芯片、泵阀控制开关电路、第一和第二LED光源、第一和第二光电二极管和半透半反镜，泵阀舱内设有微流量泵、三通阀和两通阀；半透半反镜设于支座上的“十”字型通道的内部交汇处。第一、第二LED光源的激发光经半透半反镜分成两路，其中一路经比色池中的被测气体与试剂的渗透平衡液部分吸收后进入第一光电二极管而形成测量信号，另一路直接进入第二光电二极管而形成参照信号，利用测量信号和参照信号而得到被测气体的浓度。
【IPC分类】G01N21/31, G01N21/78
【公开号】CN204964377
【申请号】CN201520692706
【发明人】汤亚伟, 叶树明, 付秀泉, 蒋凯, 王可成, 罗建超
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月9日