用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢測(cè)方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢測(cè)方法及裝置，將多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)逐一照射至測(cè)試液體中的熒光材料上，獲取與多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)的多組熒光信號(hào)和熒光幅度；求出每組中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差，并將得到的相位差與每組中的熒光幅度相乘積，得到待定值；取各組中最大待定值所對(duì)應(yīng)的激發(fā)頻率為最佳激發(fā)頻率。通過確定最佳激發(fā)頻率，達(dá)到優(yōu)化光學(xué)溶解氧傳感器的目的。一方面能提高熒光信號(hào)的信噪比，另一方面能夠降低激發(fā)信號(hào)強(qiáng)度，從而降低設(shè)備功耗，延長(zhǎng)壽命。
【專利說明】用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢測(cè)方法 及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水質(zhì)監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的 最佳激發(fā)頻率檢測(cè)方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 利用光學(xué)熒光方法測(cè)量液體中的溶解氧是近年來新興的技術(shù)方案。
[0003] 在熒光傳感器探頭的薄膜上覆蓋了一層熒光材料，當(dāng)一束短波長(zhǎng)的藍(lán)光照射到熒 光材料時(shí)，熒光材料從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)射長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅光，即是熒光信號(hào)。溶解氧的濃 度越高，紅光持續(xù)的時(shí)間越短。通過測(cè)量熒光信號(hào)與激發(fā)信號(hào)的相位差，可以計(jì)算出液體中 溶解氧的濃度。
[0004] 然而，現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)現(xiàn)相位檢測(cè)上有很大的缺陷，其關(guān)鍵是不能針對(duì)不同的熒光 材料的特性，確定激發(fā)信號(hào)不同的最佳激發(fā)頻率。導(dǎo)致激發(fā)頻率過高影響熒光信號(hào)的信噪 比，或激發(fā)頻率過低降低相位檢測(cè)靈敏度，增加了測(cè)試時(shí)間。由于上述問題存在，實(shí)際產(chǎn)品 在生產(chǎn)過程中只能提高激發(fā)信號(hào)強(qiáng)度以滿足測(cè)試需求，但激發(fā)信號(hào)強(qiáng)度的增加，不僅會(huì)增 加熒光傳感器的功耗，而且會(huì)加快熒光材料的漂泊過程，從而大大減小熒光傳感器的壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢 測(cè)方法及裝置，其可通過檢測(cè)確定當(dāng)前熒光傳感器所對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激 發(fā)頻率檢測(cè)方法包括以下的步驟： 51、 將多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)逐一照射至測(cè)試液體中的熒光材料上，獲取與多個(gè)激 發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)的多組熒光信號(hào)和熒光幅度； 52、 求出每組中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差，并將得到的相位差與每組中的 熒光幅度相乘積，得到待定值； 53、 取各組中最大待定值所對(duì)應(yīng)的激發(fā)頻率為最佳激發(fā)頻率。
[0007] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述S1步驟還包括： 將所述熒光材料在所述測(cè)試液體中的位置保持固定。
[0008] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述S1步驟還包括： 將所述測(cè)試液體的溫度及溶解氧濃度保持不變。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述S3步驟后，還包括： 將所述最佳激發(fā)頻率存儲(chǔ)到探頭上覆蓋有所述熒光材料的熒光傳感器對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器 中。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述S2步驟后，還包括： 將所述熒光信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在ΙΚΗζ至50KHz區(qū)間內(nèi)，設(shè)置頻率間隔，每隔一個(gè)所述 頻率間隔取一個(gè)激發(fā)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，所述頻率間隔為100Hz至5kHz之間包括端點(diǎn)值在內(nèi)的 任意一個(gè)值。
[0012] 相應(yīng)地，一種用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢測(cè)方法及裝置， 其裝置包括： 激發(fā)信號(hào)發(fā)射模塊，用于將多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)逐一照射至測(cè)試液體中的熒光材 料上； 熒光傳感器，用于獲取與多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)的多組熒光信號(hào)和熒光幅度； 處理模塊，用于求出每組中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差，并將得到的相位差 與每組中的熒光幅度相乘積，得到待定值；以及用于取各組中最大待定值所對(duì)應(yīng)的激發(fā)頻 率為最佳激發(fā)頻率。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述處理模塊還包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器用于將所述 最佳激發(fā)頻率進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述檢測(cè)裝置還包括與所述熒光傳感器電性連接的放 大器模塊，所述放大器模塊用于將所述熒光信號(hào)放大，所述處理模塊還用于將放大后的熒 光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述處理模塊還用于控制激發(fā)信號(hào)發(fā)射模塊在1KHZ 至50KHz區(qū)間內(nèi)，設(shè)置頻率間隔，每隔一個(gè)所述頻率間隔取一個(gè)激發(fā)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，所述頻 率間隔為100Hz至5kHz之間包括端點(diǎn)值在內(nèi)的任意一個(gè)值。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：通過確定最佳激發(fā)頻率，可優(yōu)化了光學(xué)溶解氧濃度測(cè)試，一 方面能提高熒光信號(hào)的信噪比，另一方面能夠降低激發(fā)信號(hào)強(qiáng)度，從而降低設(shè)備功耗，延長(zhǎng) 壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中傳感器中的單片機(jī)通過軟件設(shè)置激發(fā)信號(hào)頻率的示意 圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差圖。
[0019] 圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差與熒光幅度相乘 積與所對(duì)應(yīng)的激發(fā)頻率的關(guān)系圖。
[0020] 圖4是本發(fā)明一實(shí)施例中溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢測(cè)步驟 流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下將結(jié)合附圖所示的各實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不 限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變 換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0022] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率 檢測(cè)方法及裝置。
[0023] 參圖1所示的本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】，所述檢測(cè)裝置包括： 熒光材料10,熒光傳感器20,放大器模塊30,處理模塊40,驅(qū)動(dòng)電路50,激發(fā)信號(hào)發(fā)射 模塊60,其中，熒光傳感器20電性連接放大器模塊30,處理模塊40還包括存儲(chǔ)器（圖中未 示出）。
[0024] 熒光傳感器20,其探頭的薄膜上覆蓋的一層熒光材料10,將熒光材料10放入測(cè)試 液體內(nèi)，測(cè)試液體內(nèi)的氧立刻擴(kuò)散進(jìn)入熒光傳感器20探頭的薄膜分子層內(nèi)并很快達(dá)到平 衡，保持熒光傳感器20上的熒光材料10在測(cè)試液體中的位置保持不變，測(cè)試液體的溫度及 溶解氧濃度也保持不變，可以通過在測(cè)試液體中加入空氣或氧氣的方式保持溶解氧的濃度 恒定，將多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)逐一照射至測(cè)試液體中的熒光材料10上，控制激發(fā)頻 率從ΙΚΗζ到50KHz自動(dòng)掃描，設(shè)置頻率間隔，并保持激發(fā)信號(hào)強(qiáng)度不變，每隔一個(gè)頻率間 隔取一個(gè)激發(fā)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。此頻率間隔為100Hz至5kHz之間包括端點(diǎn)值在內(nèi)的任意一個(gè) 值，熒光傳感器20就會(huì)獲取與多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)的多組熒光信號(hào)和熒光幅度， 優(yōu)選地，熒光幅度采用ro (Photo Diode)來檢測(cè)。
[0025] 處理模塊40,在本實(shí)施例中是指單片機(jī)，可以通過上述檢測(cè)裝置設(shè)置激發(fā)信號(hào)頻 率。熒光傳感器20獲取的與多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)的多組熒光信號(hào)通過與熒光傳 感器20電性連接的放大器模塊30被送到單片機(jī)內(nèi)的模數(shù)(A /D)接口轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，同 時(shí)，激發(fā)信號(hào)通過單片機(jī)的數(shù)模（D/A)和驅(qū)動(dòng)電路50轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過軟件可以求出 每組中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差及熒光幅度。
[0026] 參圖2所示，激發(fā)信號(hào)與熒光信號(hào)存在相位差Φ，該相位差Φ可通過下面的公式 求出： tancj5=2JifT，其中φ :相位差、f:激發(fā)頻率、τ :熒光壽命 將得到的每組中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差與每組中的熒光幅度相乘積，得 到一系列的待定值，參圖3所示，取每組中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差與每組中 的熒光幅度相乘積得到一系列的待定值做縱坐標(biāo)，激發(fā)信號(hào)頻率做橫坐標(biāo)，得出一曲線，由 曲線可知，各組中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差與每組中的熒光幅度相乘積的最大 待定值所對(duì)應(yīng)的激發(fā)頻率為最佳激發(fā)頻率，在圖3中可以看出，激發(fā)信號(hào)頻率過高，會(huì)影響 熒光信號(hào)的信噪比，這是由于熒光效應(yīng)的速度跟不上的緣故，激發(fā)信號(hào)頻率過低，則相位檢 測(cè)靈敏度降低，延長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間，只有激發(fā)信號(hào)頻率在最佳頻率點(diǎn)時(shí)，熒光信號(hào)最強(qiáng)，所以，取 各組中最大待定值所對(duì)應(yīng)的激發(fā)頻率為最佳激發(fā)頻率，將測(cè)量得到的最佳激發(fā)頻率存儲(chǔ)在 單片機(jī)中的存儲(chǔ)器中，例如單片機(jī)的閃存中。
[0027] 參圖4所示，一種用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢測(cè)方法包括 以下幾個(gè)步驟： S1、將多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)逐一照射至測(cè)試液體中的熒光材料上，獲取與多個(gè)激 發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)的多組熒光信號(hào)和熒光幅度。將熒光材料10覆蓋在熒光傳感器20 探頭的薄膜上放入測(cè)試液體內(nèi)，并保持熒光材料10在測(cè)試液體中的位置保持不變，測(cè)試液 體的溫度及溶解氧濃度也保持不變，優(yōu)選地，可以通過在測(cè)試液體中加入空氣或氧氣的方 式保持溶解氧的濃度恒定，將多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)逐一照射至測(cè)試液體中的熒光材料 10上。
[0028] 控制激發(fā)信號(hào)從ΙΚΗζ到50ΚΗζ自動(dòng)掃描，設(shè)置頻率間隔，并保持激發(fā)信號(hào)強(qiáng)度 不變，每隔一個(gè)頻率間隔取一個(gè)激發(fā)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。此頻率間隔為100Hz至5kHz之間包括 端點(diǎn)值在內(nèi)的任意一個(gè)值，熒光傳感器20就會(huì)獲取與多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)的多 組熒光信號(hào)和熒光幅度，優(yōu)選地，熒光幅度使用H) (Photo Diode)來檢測(cè)。
[0029] S2、求出每組中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差，并將得到的相位差與每組 中的熒光幅度相乘積，得到待定值。測(cè)試液體內(nèi)的熒光材料10受到多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信 號(hào)逐一照射后，熒光傳感器20獲取與多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)的多組熒光信號(hào)通過 與熒光傳感器20電性連接的放大器模塊30被送到單片機(jī)內(nèi)的模數(shù)(A /D)接口轉(zhuǎn)換成數(shù) 字信號(hào)，同時(shí)，激發(fā)信號(hào)通過單片機(jī)的數(shù)模（D/A)和驅(qū)動(dòng)電路50轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過軟件 可以求出每組中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差及熒光幅度。
[0030] S3、取每組的相位差與突光幅度相乘積中最大待定值所對(duì)應(yīng)的激發(fā)頻率為最佳激 發(fā)頻率。參圖3所示，取每組中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差與每組中的熒光幅度 相乘積得到一系列的待定值做縱坐標(biāo)，激發(fā)信號(hào)頻率做橫坐標(biāo)，得出一曲線，由曲線可知， 各組中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差與每組中的熒光幅度相乘積的最大待定值所 對(duì)應(yīng)的激發(fā)頻率為最佳激發(fā)頻率。將所述最佳激發(fā)頻率存儲(chǔ)到熒光傳感器對(duì)應(yīng)的單片機(jī)的 存儲(chǔ)器中，例如單片機(jī)的閃存中。
[0031] 探頭上覆蓋有所述熒光材料的熒光傳感器每次上電啟動(dòng)時(shí)或進(jìn)行實(shí)際測(cè)量時(shí)，可 以首先讀取最佳激發(fā)頻率的值，然后在通過單片機(jī)中的軟件將激發(fā)信號(hào)設(shè)置到此頻率上， 使每個(gè)熒光傳感器都在最佳的狀態(tài)下工作。一個(gè)熒光傳感器的最佳激發(fā)頻率并不是永遠(yuǎn) 不變的，熒光傳感器更換探頭或校準(zhǔn)時(shí)可以通過上述裝置及方法進(jìn)行最佳頻率的測(cè)量及存 儲(chǔ)。從而，通過確定最佳激發(fā)頻率，可優(yōu)化了光學(xué)溶解氧濃度測(cè)試，一方面能提高熒光信號(hào) 的信噪比，另一方面能夠降低激發(fā)信號(hào)強(qiáng)度，從而降低設(shè)備功耗，延長(zhǎng)壽命。
[0032] 此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包 含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以理解的其他實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢測(cè)方法，其特征在于，所述 檢測(cè)方法包括以下的步驟： 51、 將多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)逐一照射至測(cè)試液體中的熒光材料上，獲取與多個(gè)激 發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)的多組熒光信號(hào)和熒光幅度； 52、 求出每組中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差，并將得到的相位差與每組中的 熒光幅度相乘積，得到待定值； 53、 取各組中最大待定值所對(duì)應(yīng)的激發(fā)頻率為最佳激發(fā)頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢測(cè)方法， 其特征在于，所述S1步驟還包括： 將所述熒光材料在所述測(cè)試液體中的位置保持固定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢測(cè)方法， 其特征在于，所述S1步驟還包括： 將所述測(cè)試液體的溫度及溶解氧濃度保持不變。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢測(cè)方法， 其特征在于，在所述S3步驟后，還包括： 將所述最佳激發(fā)頻率存儲(chǔ)到探頭上覆蓋有所述熒光材料的熒光傳感器對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器 中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)溶解氧最佳激發(fā)信號(hào)頻率的檢測(cè)方法，其特征在于，在 所述S2步驟后，還包括： 將所述熒光信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)溶解氧最佳激發(fā)信號(hào)頻率的檢測(cè)方法，其特征在于，在 ΙΚΗζ至50KHz區(qū)間內(nèi)，設(shè)置頻率間隔，每隔一個(gè)所述頻率間隔取一個(gè)激發(fā)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，所 述頻率間隔為100Hz至5kHz之間包括端點(diǎn)值在內(nèi)的任意一個(gè)值。
7. -種用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢測(cè)裝置，其特征在于，所述 檢測(cè)裝置包括： 激發(fā)信號(hào)發(fā)射模塊，用于將多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)逐一照射至測(cè)試液體中的熒光材 料上； 熒光傳感器，用于獲取與多個(gè)激發(fā)頻率的激發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)的多組熒光信號(hào)和熒光幅度； 處理模塊，用于求出每組中熒光信號(hào)與對(duì)應(yīng)的激發(fā)信號(hào)的相位差，并將得到的相位差 與每組中的熒光幅度相乘積，得到待定值；以及用于取各組中最大待定值所對(duì)應(yīng)的激發(fā)頻 率為最佳激發(fā)頻率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢測(cè)裝置， 其特征在于，所述處理模塊還包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器用于將所述最佳激發(fā)頻率進(jìn)行存儲(chǔ)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢測(cè)裝置， 其特征在于，所述檢測(cè)裝置還包括與所述熒光傳感器電性連接的放大器模塊，所述放大器 模塊用于將所述熒光信號(hào)放大，所述處理模塊還用于將放大后的熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號(hào)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于溶解氧濃度測(cè)試的激發(fā)信號(hào)的最佳激發(fā)頻率檢測(cè)裝 置，其特征在于，所述處理模塊還用于控制激發(fā)信號(hào)發(fā)射模塊在ΙΚΗζ至50KHz區(qū)間內(nèi)，設(shè) 置頻率間隔，每隔一個(gè)所述頻率間隔取一個(gè)激發(fā)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，所述頻率間隔為100Hz至 5kHz之間包括端點(diǎn)值在內(nèi)的任意一個(gè)值。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK104111240SQ201310131808
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月16日
【發(fā)明者】潘仲琦, 李文 申請(qǐng)人:蘇州禹陵環(huán)保技術(shù)有限公司