水体中叶绿素a浓度监测系统的研究

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目前,赤潮频繁在世界各地发生。它是指在特定的环境条件下,水体中某些浮游植物爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种有害生态现象。赤潮不仅破坏水体的生态平衡,对渔业和水产资源造成巨大的经济损失,同时还对人类健康甚至生命构成巨大威胁,所以对水体中浮游植物进行实时有效的监测成为水体污染监测和治理的关键。  对水体中浮游植物检测的方法有多种,如显微镜计数法、黑白瓶法、分光光度法和荧光分析法等。本文采用了荧光法进行检测。该方法与其它测量溶液浓度、成份分析的检测方法相比,具有灵敏度高、精密度高、准确度高和选择性好的优点,同时还具有快捷、重现性好、取样容易,试样需要量少等特点,对监测江河、湖泊及海洋等水体的浮游植物污染很适用。  本文在简单介绍荧光法检测叶绿素a浓度在国内外的发展现状的基础上,着眼于积极探讨荧光检测法的检测机理、结构实现及检测效果的前提下,基于实时、低功耗、便携性的原则,提出了低功耗,小型化叶绿素a在线荧光检测仪的设计方案,并通过实验获得了测试结果。全文重点介绍了荧光检测系统的设计部分。该检测系统由荧光激发,荧光接收和提取及荧光微弱信号处理三部分组成。激发部分,采用以89S52单片机为核心的驱动电路点亮超高亮蓝紫LED作为激发光源,由此能从叶绿素a中激发出比较稳定的荧光,从而实现了叶绿素荧光仪的低功耗、小型化和便携式的目标;接收部分,考虑到本系统对低电压、低功耗、小型化的要求,选择了低功耗的,高灵敏度的光敏二极管 OPT101,经验证,此光强检测部分能够检测出荧光信号;而在微弱信号处理部分,采用依靠FPGA完成对AD7714控制以及数据处理的数字平均器代替传统取样积分的方法,实现用软件替换硬件来提高系统的整体性能,降低设计难度,减少影响因素。经检验,采用该数字平均器能从较强的噪声中提取出有用信号,同时由于采用双光路双通道测量技术,这对消除背景杂散光及光源不稳定、提高系统测量精度也很明显。最后,通过实验验证了测量系统的正确性,并且将测量结果与分光光度计测量的结果进行比较,分析了系统的总体性能和可靠性,并且提出了改进方法。
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