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基于荧光猝灭溶解氧传感器的校准方法研究

海洋科学 2021年第3期45卷 88-93页

作者：张颖张颖颖袁达张云燕吴丙伟冯现东齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省科学院海洋仪器仪表研究所山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室国家海洋监测设备工程技术研究中心山东青岛266061

溶解氧是海洋水质监测的常规关键参数,基于荧光猝灭原理研制的溶解氧传感器具有准确度高、稳定性好和可长期在线测量等优点,已经被广泛用于海水溶解氧浓度监测。针对传感器可能发生的数据漂移和显著偏差可能造成的准确度问题,本文设计... 详细信息

溶解氧是海洋水质监测的常规关键参数,基于荧光猝灭原理研制的溶解氧传感器具有准确度高、稳定性好和可长期在线测量等优点,已经被广泛用于海水溶解氧浓度监测。针对传感器可能发生的数据漂移和显著偏差可能造成的准确度问题,本文设计了一套专门的校准装置和校准方法。通过严格控制校准水体的温度和溶解氧浓度,测量待校准传感器和参比传感器的相移、温度和溶解氧浓度数据,拟合获取传感器校准系数,实现对光学溶解氧传感器的单个多点校准。传感器校准值与参比值偏差在±8μmol·L^(–1)以内。实验室和海水现场比测结果显示,校准结果达到传感器性能指标要求。此校准装置及方法并不局限于光学溶解氧传感器,具有良好的推广价值。

关键词：溶解氧传感器荧光猝灭校准

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基于荧光法的溶解氧传感器研制及试验

智慧农业（中英文） 2020年第2期2卷 48-58页

作者：顾浩王志强吴昊蒋永年郭亚江南大学物联网工程学院/轻工过程先进控制教育部重点实验室江苏无锡214122 江苏省互联网农业发展中心江苏南京210017 江苏中农物联网科技有限公司江苏宜兴214200

溶解氧含量的测量对水产养殖具有极其重要的意义,但目前中国市面上的溶解氧传感器存在价格昂贵、不能持续在线测量及更新部件维护困难等问题,难以在水产养殖物联网中大规模推广和发挥作用。本研究基于荧光淬灭原理,利用水中溶解氧浓度... 详细信息

溶解氧含量的测量对水产养殖具有极其重要的意义,但目前中国市面上的溶解氧传感器存在价格昂贵、不能持续在线测量及更新部件维护困难等问题,难以在水产养殖物联网中大规模推广和发挥作用。本研究基于荧光淬灭原理,利用水中溶解氧浓度与荧光信号相位差的关系进行低成本、易维护溶解氧传感器的研发。首先利用自制备溶氧敏感膜,经激发光照射后产生红色荧光,该荧光寿命可由溶解氧浓度调节;然后利用光信号敏感器件设计光电转化电路实现光信号感知;再以STM32F103微处理器作为主控芯片,编写下位机程序实现激发光脉冲产生,利用相敏检波原理以及快速傅里叶变换(FFT)计算激发光与参照光的相位差,进而转化为溶解氧浓度,实现溶解氧的测量。荧光探测部分与系统主控部分采用分离式设计思想,利用屏蔽排线直接插拔连接,便于传感器探测头的拆卸、更换、维护以及实现远距离在线测量。经测试,本溶解氧传感器的测量范围是0~20 mg/L,响应延迟小于2 s,溶氧敏感膜使用寿命约1年,可以实时不间断地对溶解氧浓度进行测量。同时,本传感器具有测量方便、制作成本低、体积小等特点,为中国水产养殖低成本溶解氧传感器的研发与市场化奠定了良好的基础。

关键词：溶解氧传感器荧光淬灭水产养殖 STM32微处理器溶氧敏感膜

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荧光猝灭法溶解氧传感器的研制

自动化与仪表 2013年第4期28卷 17-20页

作者：李学胜卢欣春罗孝兵刘冠军国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司南京210003

为了解决传统在线溶解氧传感器测量过程中需要耗氧,无法满足静止或低流速液体的测量要求。设计了一种以荧光寿命为测量方式的新型荧光法溶解氧传感器。介绍了该传感器测量原理、结构设计、器件的选择和测量电路设计。通过对其进行性能试... 详细信息

为了解决传统在线溶解氧传感器测量过程中需要耗氧,无法满足静止或低流速液体的测量要求。设计了一种以荧光寿命为测量方式的新型荧光法溶解氧传感器。介绍了该传感器测量原理、结构设计、器件的选择和测量电路设计。通过对其进行性能试验,验证了此传感器具有测量精度高、性能稳定等特点,并且此传感器还具有使用寿命长、测量范围广、价格便宜、实现了远距离自动化测量等优点,特别适用于水环境监测及水质污染控制等领域中。仪器通过了江苏省计量科学研究院的验证,各项指标均符合设计要求。

关键词：荧光猝灭相位测量溶解氧传感器水质监测

911Plus CTD溶解氧传感器校正方法及漂移过程的探讨

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2023年第8期53卷 81-85页

作者：孙毅潘俊吕方辉陈钊魏传杰姜金光刁新源中国科学院海洋研究所山东青岛266071 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266071

本文基于两个航次CTD观测资料与现场同步Winkler滴定溶解氧资料比对分析,阐述了溶解氧传感器测量误差校正方法以及剖面测量中测量误差变化过程,并依据传感器校正系数漂移变化预估传感器使用寿命,为今后海洋调查取得真实可信溶解氧资料... 详细信息

本文基于两个航次CTD观测资料与现场同步Winkler滴定溶解氧资料比对分析,阐述了溶解氧传感器测量误差校正方法以及剖面测量中测量误差变化过程,并依据传感器校正系数漂移变化预估传感器使用寿命,为今后海洋调查取得真实可信溶解氧资料提供技术指引。

关键词：溶解氧传感器 Winkler滴定校正方法使用寿命

基于空气介质的光学溶解氧传感器便捷校准方法研究

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海洋学研究 2022年第1期40卷 81-88页

作者：高顺张颖颖袁达张云燕吴丙伟冯现东齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所山东青岛266061 山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室山东青岛266061 国家海洋监测设备工程技术研究中心山东青岛266061

基于荧光猝灭原理的光学溶解氧传感器可获得海水溶解氧时空数据,被广泛应用于海洋环境长期监测,但因其在贮存期间和布放期间会发生“贮存漂移”和“测量漂移”,需要进行校准。现有的实验室校准方法周期长、操作复杂。本文研究了光学溶... 详细信息

基于荧光猝灭原理的光学溶解氧传感器可获得海水溶解氧时空数据,被广泛应用于海洋环境长期监测,但因其在贮存期间和布放期间会发生“贮存漂移”和“测量漂移”,需要进行校准。现有的实验室校准方法周期长、操作复杂。本文研究了光学溶解氧传感器在空气和水体两种不同介质中的响应特性,提出一种利用空气介质的光学溶解氧传感器现场校准方法,并在此基础上建立了仪器的两点校准模型。经实验验证,该校准方法能够有效修正溶解氧传感器的数据漂移,校正后的传感器测定值与Winkler滴定的标准值偏差在±6μmol·L^(-1)以内。该方法可以实现光学溶解氧传感器的便捷快速校正,免去实验室维护的繁琐步骤,提高监测数据质量,保持监测数据的连续性,具有重要的应用价值。

关键词：溶解氧传感器 Winkler滴定法现场校准

溶解氧传感器校准过程氧浓度调节方法优化研究

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海洋技术学报 2022年第3期41卷 66-74页

作者：廖丹宁郑旻辉于培松陈家旺自然资源部第二海洋研究所自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室浙江杭州310012 浙江大学海洋学院浙江舟山316021

针对当前溶解氧传感器校准中缺乏对水体氧浓度调节方法研究的现状,本文以AADI 3835溶解氧传感器为实验对象,从重现性、稳定性及实用性三方面对亚硫酸钠、纯氮/氧气和氮氧混合气体等3种常用的水体氧浓度调节方式进行了对比分析,并在溶解... 详细信息

针对当前溶解氧传感器校准中缺乏对水体氧浓度调节方法研究的现状,本文以AADI 3835溶解氧传感器为实验对象,从重现性、稳定性及实用性三方面对亚硫酸钠、纯氮/氧气和氮氧混合气体等3种常用的水体氧浓度调节方式进行了对比分析,并在溶解氧传感器校准过程中进行了实际应用。研究结果表明:3种调节方式均可有效改变水体氧浓度,但具体表现存在显著差异,氮氧混合气体调节方式的重现性和稳定性均最佳;纯氮/氧气调节方式具有较好的大范围调节能力,但小幅调节氧浓度的精准度较差;氮氧混合气体调节方式不受初始浓度和鼓气时长影响,且可以通过更改鼓气比例实现氧浓度的小幅精细调节,具有较好的实用性。基于重现性、稳定性和实用性三方面对比,以及在实际校准过程的应用情况分析,氮氧混合气体调节方式在校准控制效率和校准结果精度方面均具有较好表现,可作为溶解氧传感器自动化校准控制的主要氧浓度调节方式。

关键词：溶解氧传感器水体氧浓度调节校准方法对比优化

浅谈利用溶解氧传感器研究"光强对光合作用强度的影响"

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中学生物教学 2022年第27期 51-52页

作者：穆秀梅山东省邹平市第一中学 256200

基于数字化实验室设备的优势,尝试利用溶解氧传感器进行实验探究,研究"光强对光合作用强度的影响"这一高中生物学教学中十分重要的知识内容,并就具体的实验设计思路和实验过程进行阐述.

关键词：溶解氧传感器光合作用高中生物学

基于卟啉集团的聚合物溶解氧传感器的合成及性能研究

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基于卟啉集团的聚合物溶解氧传感器的合成及性能研究

作者：苗雨华东理工大学

学位级别：硕士

氧气作为地球上极其重要的一种物质,它的测量在我们生活的各个领域中都有着广泛的应用。利用光纤技术对氧气含量进行测量是近些年来逐渐发展起来的测量方法。与此同时,微生物反应器因其较小的工作体积、高度的平行化以及有效的遥控技术... 详细信息

氧气作为地球上极其重要的一种物质,它的测量在我们生活的各个领域中都有着广泛的应用。利用光纤技术对氧气含量进行测量是近些年来逐渐发展起来的测量方法。与此同时,微生物反应器因其较小的工作体积、高度的平行化以及有效的遥控技术等特点,越来越受到人们的重视。于是,将光纤氧传感器应用到微生物反应器中,便成了又一个具有广泛应用前景的研究热点。因此,基于以上理论,本论文设计并合成了一种新型的聚合物氧气传感器P（Pt-TPP-TFEMA）,以铂卟啉金属配合物（Pt-TPP）作为响应发光团,将具有强电负性的氟离子基团引入到聚合物主链中,以增加聚合物的疏水性,从而提高传感器的响应敏感度。同时,合成了参比化合物P（Pt-TPP-EMA）,为性能测试提供参考基准。将聚合物分别以溶液和固体膜的形式测定其在纯氧气、纯氮气和空气中的发光光谱以及发光寿命,结果发现,在P（Pt-TPP-TFEMA）乙腈溶液中,氮气饱和时的最大荧光强度与氧气饱和时的最大荧光强度之比为8.3,而在P（Pt-TPP-EMA）溶液中为6.4。在P（Pt-TPP-TFEMA）膜中,氮气饱和时的荧光强度与氧气饱和时的最大荧光强度之比为4.0,而P（Pt-TPP-EMA）膜中为3.0。由此可见,三氟甲基基团的引入,增强了溶解氧在水中的渗透性和疏水性,在无氧条件下有更高的荧光增强倍数,从而提高了氧气与发光基团作用时的可识别性,有了更佳的抗疲劳性能,达到了预期效果。

关键词：荧光探针聚合物卟啉溶解氧传感器近红外微生物反应器

水产养殖溶解氧传感器接口中间件关键技术研究

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水产养殖溶解氧传感器接口中间件关键技术研究

作者：左渠天津农学院

学位级别：硕士

我国是水产养殖大国,但不是强国,产业转型升级需求迫切。规模化、集约化、设施化养殖发展迅速,对水质在线监测、设备自动控制等信息技术提出了新的要求。随着物联网技术的不断发展,出现了许多用以监测溶解氧、温度、p H等水质指标的水... 详细信息

我国是水产养殖大国,但不是强国,产业转型升级需求迫切。规模化、集约化、设施化养殖发展迅速,对水质在线监测、设备自动控制等信息技术提出了新的要求。随着物联网技术的不断发展,出现了许多用以监测溶解氧、温度、p H等水质指标的水产养殖物联网系统。但由于标准缺失,溶解氧传感器多种多样,不同厂家、不同种类的溶解氧传感器输出信号、接口不统一,导致水质监测物联网系统的兼容性较差,更换传感器可能需要重建物联网系统,大幅增加了物联网系统的应用成本,制约了水产养殖物联网的推广与应用。因此,开展水产养殖溶解氧传感器接口中间件技术研究,研究设计一种水产养殖溶解氧传感器接口中间件,在不改变水质监测物联网系统架构的前提下,实现不同品牌溶解氧传感器“即插即用”很有必要。论文主要包含以下内容:1.阐述水产养殖溶解氧传感器接口中间件的研究背景及意义,分析国内外研究现状和发展趋势。2.介绍研发溶解氧传感器接口中间件所涉及的相关技术,分析溶解氧传感器接口中间件的功能及性能要求,提出溶解氧传感器接口中间件的总体方案。3.完成系统硬件设计。溶解氧传感器接口中间件以STM32F103C8T6为主控制器,包括电源模块、FLASH存储模块、信号采集模块、RS-485通信模块及Wi Fi通信模块等辅助模块;然后经过对关键芯片的选型分析,确定了HX710A为模数转换芯片、W600为Wi Fi通信芯片;最后应用Or CAD软件绘制了电路图,并制成PCB板焊接了元器件。4.完成系统软件设计。采用C语言和RT-Thread studio进行软件开发,主要包括端口配置模块、数据采样模块、数据存储模块、数据发送模块和系统复位模块,设计相应线程分别实现各模块的功能;采用阿里云物联网平台作为云端服务器,完成溶解氧传感器接口中间件与上位机的数据传输。5.系统测试。采用Python开发Web终端作为测试平台;溶解氧传感器接口中间件与溶解氧传感器相连,应用Web终端完成系统测试;Web终端实时显示溶解氧数据,并采用AZ 8403溶氧仪验证了数据的准确性,表明溶解氧传感器接口中间件运行正常。

关键词：水产养殖溶解氧传感器物联网中间件嵌入式开发