原位叶绿素a和浊度传感器设计
原位叶绿素a和浊度传感器设计
原位叶绿素a和浊度传感器设计董大圣;程群;陈世哲;刘世萱;李民【摘要】This paper researched the technique of chlorophyll a and turbidity detection,and its reality. The sensor was based on fluorescence inducement and dispersion method,and can be used to observe some ocean factors. The design was validated by the simulation that it can measure weak optic signal. The simulation result is also the foundation of system debugging.%主要研究了叶绿素a和浊度传感器技术及其设计实现.该传感器技术基于荧光诱导的叶绿素a检测原理和基于散射的浊度检测技术原理进行设计,实现后可以实时测量海水的相关参数.该设计经过仿真验证,能够实现设计所要求的微弱光信号检测功能,为后续系统联调做好了准备.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2012(000)010【总页数】3页(P15-16,23)【关键词】叶绿素a;浊度;荧光诱导;散射【作者】董大圣;程群;陈世哲;刘世萱;李民【作者单位】山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001【正文语种】中文【中图分类】TL271;P427.20 引言叶绿素含量是反映海水生态环境的一个指标，浊度是反映海水中固体物质含量的一个指标。
荧光法海水叶绿素a传感器设计
荧光法海水叶绿素a传感器设计张可可;闫星魁;陈世哲;刘世萱;齐勇【摘要】基于荧光诱导叶绿素检测原理,应用荧光诱导和微弱信号检测技术,设计了荧光叶绿素a传感器.实验结果表明,叶绿素a的浓度与系统测量值具有很好的线性关系,线性拟合系数为0.999.该传感器具有小型化、易于操作的特点,可实现对海水叶绿素a浓度的原位监测.%We design a chlorophyll-a sensor based on the principle of fluorescence induction with fluorescence induction and weak signal detection.Experiment results show that linear relationship exists between the concentration of chlorophylla and the system measurement value,linear fitting coefficient is 0.999.The instrument that is small and convenient for operation can achieve in-situ monitoring of the concentration of seawater chlorophyll-a.【期刊名称】《山东科学》【年(卷),期】2013(026)003【总页数】4页(P37-40)【关键词】叶绿素a;荧光检测;原位监测;微弱信号检测【作者】张可可;闫星魁;陈世哲;刘世萱;齐勇【作者单位】山东省海洋环境监测技术重点实验室,山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省海洋环境监测技术重点实验室,山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省海洋环境监测技术重点实验室,山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省海洋环境监测技术重点实验室,山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省海洋环境监测技术重点实验室,山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001【正文语种】中文【中图分类】TL271+.5;P427.2工农业的快速发展使海洋污染日趋严重，对海水中浮游植物现存量进行实时、有效的监测成为海水污染监测和治理的关键［1］。
基于双光路荧光强度法的水体叶绿素a原位传感器设计
基于双光路荧光强度法的水体叶绿素a原位传感器设计史正;胡映天;刘超;王晓萍【摘要】设计了一款基于双光路荧光强度法的叶绿素a原位传感器.使用430 nm LED作为系统光源.通过参考光路补偿光源变化对测量结果的影响,提高测量准确度,降低维护成本.使用光电二极管作为探测器测量参考光强度和水体在680 nm处的荧光强度.使用锁相放大电路提高传感器的噪声和背景光抑制能力,设计低功耗模式降低传感器的平均功耗.使用不同浓度的叶绿素a溶液测试传感器的性能,测试结果表明传感器在动态范围(0～200μg/L)内的线性度为0.998,测量准确度为±2μg/L,通过与荧光光谱仪进行对比测试传感器的可靠性,测试结果表明两者的相关性为0.94,功耗测试表明传感器的连续工作时间可达5个月以上.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2019(032)005【总页数】7页(P670-675,687)【关键词】环境检测;叶绿素a传感器;双光路荧光;锁相放大电路;低功耗设计【作者】史正;胡映天;刘超;王晓萍【作者单位】浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江大学光电科学与工程学院,杭州310027;浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江大学光电科学与工程学院,杭州310027;浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江大学光电科学与工程学院,杭州310027;浙江省海洋观测-成像试验区重点实验室,浙江大学海洋学院,浙江舟山316021【正文语种】中文【中图分类】TP212海洋是地球上十分珍贵的资源宝库,近些年,我国海洋水产业得到了迅猛的发展,海洋鱼类、虾类、贝类、海珍品等水产品快速拉动了沿海经济的发展[1]。
然而随着海洋水产业的发展,过度捕捞、环境污染、废水随意排放等问题日益严重,直接导致了海洋渔业资源的衰退以及近海环境的破坏,对海洋环境以及水产业的长期发展十分不利[2],为了维持海洋资源的可持续发展,使海洋可以源源不断地造福人类,海洋牧场成为解决这一问题的有效途径[3]。
荧光法海水叶绿素a传感器设计
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｉ ｎ ・ － ｓ ｉ ｔ ｕ ｃ ｈ ｌ ｏ ｒ ｏ ｐ ｈ ｙ ｌ ｌ － － ａ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｂ ｙ ｆ ｌ ｕ ｏ ｒ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ
Ｚ ＨＡＮＧ Ｋｅ — ｋ ｅ，ＹＡＮ Ｘｉ ｎ ｇ— ｋ ｕ ｉ ，ＣＨＥ Ｎ Ｓｈ ｉ — ｚ ｈ ｅ，Ｌ Ｉ Ｕ Ｓｈ ｉ — ｘｕ ａ ｎ，Ｑ Ｉ Ｙｏ ｎＥ
第２ ６卷
第 ３期
２ ０ １ ３年 ６月出版
ＶＯＩ ． ２ ６ ＮＯ． ３ ＪＵ ｎ． ２ ０ １ ３
Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ７ ６ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２— ４ ０ ２ ６ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ ０ ８
（ Ｓｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｉ ａ ｌ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｏｃ ｅ ａ ｎ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｏｃ ｅ ａ ｎ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｃ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ，Ｑｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ２ ６ ６ ０ ０ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
实现对 海水 叶绿 素 ａ浓度 的原位 监测 。
关 键词 ： 叶绿素 ａ ； 荧光检 测 ； 原位 监测 ； 微 弱信 号检 测 中图分 类号 ： Ｔ Ｌ ２ ７ １ ． ５； Ｐ ４ ２ ７ ． ２ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ２ － ４ ０ ２ ６（ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ０ ３ ７ － ０ ４
浊度对荧光法测定叶绿素a的影响
浊度对荧光法测定叶绿素"的影响#赵洋甬!沈碧君!胡建林!赵建平宁波市环境监测中心!浙江!宁波!"#$%%%摘!要!目的)确定水体浊度对荧光法测定叶绿素Q的影响$方法)分别用荧光法和丙酮法测试不同浊度的含藻水样的叶绿素Q含量!确定影响范围和修正方法$结果)对叶绿素Q&%%"12B以下的藻液!其藻细胞造成的浊度对荧光法测定叶绿素Q无显著影响/当水体浊度%度&2叶绿素Q浓度实测值高于#6/6时!需用叶绿素Q浓度实测值(%/%%64K水体浊度%度&对测值进行修正$结论)对于高浊度水体!修正后的荧光法测值与真实情况叶绿素Q较为接近$关键词!浊度!叶绿素Q!荧光法叶绿素Q作为水生态系统中主要初级生产者###浮游植物的生物量和生产力的指标!同时又作为生态系统结构指标和功能指标被广泛应用于环境毒理学研究"水生生物学研究"水华防治研究等领域-#(".$目前叶绿素Q的测定方法有分光光度法->."荧光法-$."高效液相色谱法-6."遥感法-4.等$其中荧光法具有操作快速便捷"对样品无损"测定精度高等优点!使其拥有比其他方法更好的应用前景$但是如同大多数光谱法一样!受颗粒物散射的影响!水体浊度对荧光法测定叶绿素Q有着一定的影响-;!=.$通过实验分析荧光法测定叶绿素Q的各种影响因子!从而明确方法的适用范围!进而使方法测定的实验数据更具可靠性和可重复性!为管理部门的决策提供更为科学的依据$一 实验材料和仪器无藻悬浊液)由洁净河沙制备+C U E O(+,M叶绿素荧光仪)由德国V,B W公司提供.&&+*型分光光度计$二 实验方法一 无藻悬浊液的制备用#$%目的筛子过滤河沙!得到直径小于#%%"0-=.的细沙/将细沙转入坩埚中灼烧数分钟-#%./灼烧后残留物加入少量丙酮于>X下静置&>G/离心后用纯水洗涤沉淀"次后加入适量纯水!摇匀/静置#$0H9后备用$二 浊度的测定浊度采用国标方法Y Z#"&%%#=#进行测定-##.$三 水体叶绿素Q的测定#/丙酮提取法用丙酮提取后!将样品置于.&&+*型分光光度计上!用#?0厚度的比色皿!分别在4$%90" 6"%90"6>$90和6"%90波长处测定吸光度!并以=%<丙酮作为校正空白-#&.$计算公式)叶绿素Q:-##/6>%066"(04$%&(&/#6%06>$(04$%&A%/#%%06"%(04$%&.-#1-#式中!-####定容体积!0@/#基金项目)择优委托社会发展项目%&%%;*$%%#4&$-###水样体积!B/!###比色皿厚度!?0/0###吸光度$&/+C O E O(+,M荧光法检查仪器连接!连好后开机!并打开+G[R\V H9软件/取出样品杯!放入样品&0@%每次体积应统一&!盖上盖子后点击Y Q H9!调节最适信号强度$在.]R R H91I窗中设置M]Q I/T^]_/为"&!切换到*GQ99]@I窗!点击*G@-M T"&.!测量叶绿素Q浓度-$.$四 浊度对荧光法测定叶绿素Q的影响分别取$"12B左右的绿藻"蓝藻"硅藻纯藻液!#`#体积加入一定浊度梯度的无藻悬浊液$扣除本底藻液浓度!分析浊度对叶绿素测定的影响$五 混合水样试验将不同浓度"不同优势种的自然水体以及实验室培养的藻液与含泥沙水样%浊度约&%%%度&#`#混合制成高浊度混样后!用+C U E O(+,M对叶绿素Q含量进行测定!并采用修正公式对实际叶绿素Q含量进行估算/同时采用丙酮法对水样叶绿素Q浓度进行测定$分析实测值与估算值之间的偏差$三 实验结果与讨论一 水体浊度的分析根据水体散射率和折射系数变化范围!水体的悬浮物一般主要由浮游植物及无机颗粒物组成$在水体叶绿素测定中!其浊度来源除了自身密度高低!还来自于泥沙等无机颗粒物$使用分光光度计对水体浊度进行分析!如图#所示!6;%90波长下吸光值与水体中的浊度呈显著正相关%2a%/%#&$水体浊度%度&:&4;K306;%图"!水样浊度与$()*+下吸光度的关系二 浊度对荧光法测定叶绿素Q的影响#/以浮游植物为主导的水体浊度对叶绿素Q的影响在&F&%%"12B叶绿素Q浓度范围内-$.!荧光法测定的叶绿素Q浓度与丙酮提取分光光度法-#&.测定结果相对标准偏差都在$<以内!无显著差异$由于丙酮法测定叶绿素Q时!样品经丙酮提取"离心!避免了浊度的干扰!所以当水体叶绿素Q浓度低于&%%"12B时!浮游植物细胞引起的光散射对荧光法测定无显著影响$当水体叶绿素Q浓度较高时!可以用光学纯水将其叶绿素Q浓度稀释至&%%"12B以下!以消除藻细胞对测试的影响$ &/以泥沙等悬浮物为主导的水体浊度对叶绿素Q的影响表"!两种方法测不同种类的藻类叶绿素,比较试样类别种2优势种丙酮提取法2%"12B&荧光法荧光修正法值2%"12B&相对误差值2%"12B&相对误差纯种微囊藻%蓝藻&>%"/#>"4/4;/6<>"#/;4/#<小球藻%绿藻&>=/#$=/#&%/><$"/#;/#<菱形藻%硅藻&;/&#$/6=%/&<=/$#$/=<自然水体伪鱼腥藻%蓝藻&&>/4"&/;"&/;<&6/4;/#<微囊藻%蓝藻&4/$#>/==;/4<;/;#4/"<羽纹藻%硅藻&#%/##$/"$#/$<=/&(;/=<拟多甲藻%甲藻&#=/"&=/6$"/><&"/##=/4<鱼腥藻%蓝藻&;/$#"/46#/&<4/6(#%/6<无4/$#>/&;=/"<;/#;/%<无"/"=/=6&%#/;<"/;>#6/><无#/$;/$">6;/4<&/>#6%/4<四 结!论6;%90波长下吸光值与水体中的浊度呈显著正相关/对叶绿素Q&%%"12B以下的藻液!其藻细胞造成的浊度对荧光法测定叶绿素Q无显著影响/当水体浊度%度&2叶绿素Q浓度实测值高于#6/6时!可用叶绿素Q浓度实测值(%/%%64K水体浊度%度&得到与水体真实情况较为接近的叶绿素Q估计值$参考文献-#.彭文彬!刘红瑛/两种分光光度法测定浮游植物叶绿素Q的比对试验-D.P黄石高等专科学校学报!&%%&!#;%"&)">("6/-&.李瑞香!朱明远/铁对自然群落浮游植物生长的影响-D.P海洋科学进展!&%%>!&&%#&)$%($>/-".赵洋甬!赵建平!陈元!等/宁波市常见藻华的现场快速诊断-D.P环境监控与预警!&%##!"%&&)= (#&/->.王振祥!纪岚/测定叶绿素Q方法探讨-D.P安徽化工!&%%>!#"#%$&)>;/-$.陈元!赵洋甬!潘双叶!徐运!蒋蕾蕾/+C U E O(+,M对浮游植物中叶绿素的分类测定-D.P现代科学仪器!&%%=%>&)#%%(#%>/-6.戴荣继!佟斌!黄春!等/C+B*测定饮用水中藻类叶绿素含量-D.P北京理工大学学报!&%%6!&6%#&) ;4(;=/-4.李允武!张淑芝!葛运国/卫星遥感在海洋观测中的应用-D.P中国航天!#==4%;&)"($/-;.E/*Q0bH I H!T/,cc\9SQ9d H!*/*Q I Q S\(M Q^R H9]d/-e e]?R\e I]SH0]9R R f^cH SH R[Q9S?\@\^\9@H1GR\fR bfR0]Q I f^]0]9R e\^0H?^\R\'cQ I H?I\@H S(bGQ I]R]I R-D.P*G]0\I bG]^]!&%%$%#&)=(#$/-=.孙德勇!李云梅!乐成峰!等/太湖水体散射特性及其与悬浮物浓度关系模型-D.P&%%4!&;%#&&)&6;;(&6=>/-#%.张武!赵洋甬!陈元!等/叶绿素自然降解速率研究-D.P福建分析测试!&%%=!#;%>&);#(;>/-##.Y Z#"&%%##==#水质浊度的测定-..P-#&.国家环保局/环境监测技术规范%生物监测部分&-M.P北京)中国环境科学出版社!#=;6)#4(#;/-#".Y Z";";#&%%&地表水环境质量标准-..P。
原位海水叶绿素a传感器的电路设计
㊀２０１９年㊀第１期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０１９㊀Ｎｏ １㊀基金项目：山东省科学院青年基金项目（２０１４ＱＮＯ３９）；山东省自然科学基金项目（ＺＲ２０１４ＹＬ００６０）；国家重点研发计划项目（２０１６ＹＦＣ１４００８０１）；国家自然科学基金项目（４１４０６１０５）收稿日期：２０１７－１１－２９原位海水叶绿素ａ传感器的电路设计吴㊀宁１，王昭玉１，曹㊀煊１，马海宽１，褚东志１，张㊀婷２（１．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㊀２６６００１；２．中国海洋大学化学化工学院，山东青岛㊀２６６００１）㊀㊀摘要：为提取ＬＥＤ激发海水叶绿素ａ产生的痕量荧光信号，实现海水叶绿素ａ原位检测，基于荧光诱导检测原理结合正交同步检波电路，设计了荧光叶绿素ａ传感器㊂通过对激发光源的调制，输入电流信号的转换与放大，荧光信号的正交同步解调以及数字混合低通滤波算法实现海水叶绿素ａ浓度的原位检测㊂实验证明该海水叶绿素ａ传感器具有精度高㊁抗环境光干扰能力强㊁小型化㊁功耗低等优点，分辨率可达到０．０１μｇ／Ｌ㊂关键词：叶绿素ａ；调制解调；微弱信号；正交同步检波；传感器中图分类号：ＴＨ１３㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０１９）０１－０００９－０３ＣｉｒｃｕｉｔＤｅｓｉｇｎｏｆＩｎ⁃ｓｉｔｕＳｅａｗａｔｅｒＣｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌａＳｅｎｓｏｒＷＵＮｉｎｇ１，ＷＡＮＧＺｈａｏ⁃ｙｕ１，ＣＡＯＸｕａｎ１，ＭＡＨａｉ⁃ｋｕａｎ１，ＣＨＵＤｏｎｇ⁃ｚｈｉ１，ＺＨＡＮＧＴｉｎｇ２（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｃｅａｎｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｓｔｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ＱｉｌｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＳｈａｎｄｏｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ），ＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｃｅａｎＥｎｖｉｒｏｍｅｎｔａｌＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏ１ｏｇｙ，ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＭａｒｉｎｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＯｃｅａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｔｒａｃｔｔｒａｃｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｓｉｇｎａｌｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙＬＥＤｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｏｆｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌａｉｎｓｅａｗａｔｅｒａｎｄｒｅａｌｉｚｅｉｎｓｉｔｕｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌａｉｎｓｅａｗａｔｅｒ，ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌａｓｅｎｓｏｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｉｎｄｕｃｔｉｏｎｄｅ⁃ｔｅｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄａｎｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｏｆｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ，ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｎｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｓｉｇｎａｌ，ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｏｆｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｓｉｇｎａｌａｎｄｄｉｇｉｔａｌｈｙｂｒｉｄｌｏｗ⁃ｐａｓｓｆｉｌｔｅ⁃ｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｉｎ⁃ｓｉｔｕｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｓｅａｗａｔｅｒｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌａｓｅｎｓｏｒｈａｓｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｓｔｒｏｎｇａｂｉｌｉｔｙｔｏｒｅｓｉｓｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｉｇｈｔｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ，ｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｏｔｈ⁃ｅｒａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｔｈｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｃａｎｒｅａｃｈ０．０１μｇ／Ｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌａ；ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｎｄｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｗｅａｋｓｉｇｎａｌｓ；ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｓｅｎｓｏｒ０㊀引言叶绿素ａ浓度直接反映了海水浮游植物的活跃度和生物量，成为评价海水营养化和预测赤潮灾害的重要参数㊂目前检测海水叶绿素ａ浓度的最直接有效的方法是荧光检测法，通过一定波长ＬＥＤ激发海水产生荧光信号，通过测量荧光信号间接跟踪水体营养化程度的变化就可以完全反应海水有机污染物的浓度［１］㊂但激发的荧光信号为微弱信号，且信号掺杂大量的环境光，热噪声等干扰信号而淹没在强背景噪声下㊂采用传统的模拟㊁放大㊁滤波等很难完全屏蔽环境光的干扰，实现荧光信号的检测㊂为提取和测量强背景噪声下的痕量荧光信号，设计一种基于可编程增益跨阻放大器和正交同步检波功能的电路用来提取微弱荧光信号［２］，该电路通过对激发光源调制，荧光信号正交同步检波和ＦＩＲ／ＩＩＲ混合低通滤波可以完全消除环境光和低频噪声产生的测量误差，能够显著提高信噪比㊁灵敏度和准确度［３］㊂１㊀系统方案设计海水中激发的荧光信号幅值通常在ｐＡ级，伴随的环境光噪声可能是实际荧光信号的数千倍㊂传统滤波受Ｑ值限制不能完全将不同频率的噪声移除㊂因此设计了基于ＡＤ８６１６的Ｉ／Ｖ转换电路，ＡＤ８２３１的可编程增益放大器和ＡＤ６３０的正交同步检波电路对微弱荧光信号进行提取，系统电路设计如图１所示，首先ＳＴＭ３２Ｆ４０７通过直接数字频率合成器（ＤＤＳ）单元产生正弦波，对４７０ｎｍ的ＬＥＤ进行调制后激发海水叶绿素ａ产生荧光信号，荧光信号通过光电二极管接收，接收的电流信号经过可编程增益放大器ＡＤ８２３１㊀㊀㊀㊀㊀１０㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＪａｎ ２０１９㊀以及跨阻放大器ＡＤ８６１６进行Ｉ／Ｖ转换并放大，得到输入信号Ｙ＝Ａｓｉｎ（αｔ＋ϕ）＋ｎ（ｔ），分别与相位差为９０ʎ的参考信号Ｆ１（ｔ）＝Ｂｓｉｎ（αｔ＋β）和参考信号Ｆ２（ｔ）＝Ｂｃｏｓ（αｔ＋ω）进行乘法运算，正交同步检波结果如式（１）和式（２）所示㊂经过Ａ／Ｄ转换和ＦＩＲ／ＩＩＲ混合低通滤波后得到结果如式（３）和式（４）所示，最后通过ＳＴＭ３２Ｆ４０７单片机运算单元进行平方根运算就可得到待测信号的幅值Ｚ如式（５）所示，相位η如式（６）所示［４－５］㊂图１㊀系统电路设计图０．５ＡＢ［ｃｏｓ（ϕ－β）－ｃｏｓ（２αｔ＋ϕ＋β）］＋ｎ（ｔ）Ｂｓｉｎ（αｔ＋β）（１）０．５ＡＢ［ｓｉｎ（ϕ－β）－ｓｉｎ（２αｔ＋ϕ＋β）］＋ｎ（ｔ）ｃｏｓ（αｔ＋β）（２）Ｍ＝０．５ＡＢｃｏｓ（ϕ－β）（３）Ｎ＝０．５ＡＢｓｉｎ（ϕ－ω）（４）Ｚ＝Ｍ２＋Ｎ２（５）η＝ａｒｃｔａｎ（Ｎ／Ｍ）（６）式中：Ａ为输入信号幅值；Ｂ为参考信号幅值；α为输入信号与参考信号的角频率；ϕ为输入信号相位；β为参考信号相位，其中两个信号的相位差为９０ʎ；Ｍ为同相输出；Ｎ为正交输出；Ｚ为待测信号幅值；η为待测信号相位㊂２㊀激发ＬＥＤ光源调制电路系统中的ＳＴＭ３２Ｆ４０７模块主要包括ＤＤＳ单元和ＦＩＲ／ＩＩＲ混合低通滤波单元，其中ＤＤＳ单元采用了基于查表法和Ｃｏｅｄｉｃ算法相结合的原理产生同频同相的参考信号和ＬＥＤ调频驱动信号㊂激发光源采用的是４７０ｎｍ的ＬＥＤ，以恒流源驱动保证激发光源的稳定性，驱动信号通过控制恒流源的通断对ＬＥＤ进行调制，恒流驱动电路如图２所示，采用ＡＤ８６１５和ＮＰＮ三极管以及ＡＤＧ８１９单刀双掷开关构成了一个恒流源，ＩＬＥＤ＝Ｖｒｅｆ／Ｒ２，其中Ｖｒｅｆ为数字电位器的输出电压，Ｒ２为三极管发射极电阻，改变Ｖｒｅｆ或Ｒ２即可以改变ＬＥＤ的电流值，从而改变ＬＤＥ的亮度㊂在本设计中，ＡＤＧ８１９的控制端接ＤＤＳ驱动脉冲信号，开关连接到参考电压与地之间，参考电压采用了可编程电阻分压器，因此只要改变参考电压的值就可以改变ＬＥＤ的驱动电流［６］㊂图２㊀激发ＬＥＤ光源恒流驱动电路图３㊀可编程跨阻式Ｉ／Ｖ转换与放大电路由于激发荧光信号为微弱信号，因此本文采用高灵敏度㊁低暗电流型的Ｓ２３８６－１８Ｌ型光电二极管，该光电二极管在６８０ｎｍ的灵敏度可达０．４Ａ／Ｗ，暗电流低至２ｐＡ㊂其中光电二极管输出电流信号经过如图３所示的可编程跨阻放大电路，ＡＤ８６１６完成Ｉ／Ｖ转换并放大，由于光电二极管产生的极小电流，因此采用了１ＭΩ的反馈电阻，为保证输出的稳定性，使用反馈电容以补偿总输入电容以及反馈电阻产生的极点，保证电路的稳定性［３］㊂ＡＤ８２３１主要是对转换完成的信号进行次级放大，其中ＡＤ８２３１为程控放大器，可根据量程实现放大倍数的自动补偿㊂输出电压为Ｖｏ＝Ｉｄ㊃Ｒ５㊃Ａ８２３１式中：Ｉｄ为光电二极管输出电流；Ｒ５为反馈电阻；Ａ８２３１为放大增益㊂图３㊀跨阻式Ｉ／Ｖ转换及可编程放大电路４㊀正交同步检波电路基于ＡＤ６３０的正交同步检波电路如图４所示㊂其中ＳＴＭ３２Ｆ４０７产生激励信号驱动ＬＥＤ，输入信号分别与ＤＤＳ输出的同频正弦参考信号和９０ʎ相移正弦波㊀㊀㊀㊀㊀第１期吴宁等：原位海水叶绿素ａ传感器的电路设计１１㊀㊀相乘，产生２个输出信号经过低通滤波器后输出解调信号，解调信号经过低频滤波后信号经过２４位ＡＤ７１７５对２个通道进行采集转换为数字信号输入到ＳＴＭ３２Ｆ４０７数字处理单元，数字处理单元分别对２个分量进行平方和根得到输入荧光信号的幅值，从而得到荧光信号的强度［９－１０］㊂本文中采用可编程ＦＩＲ／ＩＩＲ混合数字低通滤波对输出信号进行低通滤波，可以达到普通ＲＣ滤波器难以达到的滤波效果，将有用信号频率不同的噪声大部分滤出，大幅提高信噪比㊂图４㊀基于ＡＤ６３０的正交同步检波电路５㊀对比实验结果为验证正交同步检波电路在检测微弱荧光信号的可行性与传感器的可靠性，将基于该正交同步检波电路功能的传感器与国外叶绿素传感器进行了实验比对，并将得到的数据进行了分析㊂首先配置一定浓度梯度的叶绿素ａ标准溶液，按照一定比例进行稀释配成系列标准液，将该传感器与国外叶绿素传感器分别置于不同浓度的叶绿素ａ标准溶液并按照一定梯度浓度进行混合㊂将测量结果进行曲线拟合后如图５所示，从图５可以看出基于该电路完成的传感器其测量结果与叶绿素ａ浓度成良好的线性关系，能够实现最小１ｐＡ光电流的分辨率，基于该电路设计的传感器能够实现最小０．０１μｇ／Ｌ的海水叶绿素ａ浓度的分辨率，且已达到了国外传感器水平㊂６㊀结束语本文以荧光检测原理为基础，设计完成了基于ＡＤ６３０正交同步检波功能的海水叶绿素ａ含量检测的电路，并基于该电路设计完成了叶绿素ａ浓度检测图５㊀与国外仪器对比试验传感器，验证了该电路检测微弱荧光信号的可行性，基于该电路完成的检测传感器不仅能够实时㊁连续地反映海水中叶绿素ａ浓度的变化趋势，并不受环境光等背景光的干扰，提高了仪器运行的稳定性和抗干扰性，还具有低功耗㊁便携化㊁高精度等优点，可以广泛应用于海洋浮标㊁台站等生态环境监测载体，具备广泛的应用前景㊂参考文献：［１］㊀董大圣，程群，陈世哲，等．原位叶绿素ａ和浊度传感器［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１２（１０）：１５－１７．［２］㊀唐尧基，游文玮，陈莹，等．同步荧光法测定海水中叶绿素ａ的含量［Ｊ］．分析仪器，２００４，３（５）：２４－２７．［３］㊀蔡屹．基于双相锁相放大器的微弱信号矢量测量［Ｊ］．微计算机信息，２００７，２３（９－１）：１１１－１１２．［４］㊀梁世盛，乔凤斌，张燕，等．基于ＦＰＧＡ的数字相敏检波算法实现［Ｊ］．自动化仪表，２０１３，３４（１１）：１３－１６．［５］㊀苏鑫，罗文广，马超，等．一种双相位锁相放大电路设计［Ｊ］．电子科技，２０１２，２５（３）：７５－７７．［６］㊀张石锐，郑文刚，黄风枫，等．微弱信号检测的前置放大电路设计［Ｊ］．微计算机信息，２００９，２５（８）：２２３－２２４．［７］㊀张玉平，杨世植，洪津，等．叶绿素荧光仪中的微弱荧光信号的探测［Ｊ］．量子电子学报，２００５，２２（２）：１６９－１７２．［８］㊀杜习光．微弱光信号检测电路的设计［Ｊ］．电子元器件应用，２０１０，１２（１）：５２－５５．［９］㊀李刚，周梅，何峰，等．基于数字锁相相关计算结构的优化算法［Ｊ］．电子与信息学报，２０１２，３４（３）：７４４－７４８．［１０］㊀翟冰，何启欣，黄渐强，等．红外气体检测中谐波信号正交锁相放大器设计与实现［Ｊ］．光子学报，２０１４，４３（１１）３０－３５．作者简介：吴宁（１９８７ ），高级工程师，硕士研究生，主要从事海洋仪器仪表研发㊁微弱信号检测与处理㊁智能控制的研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗｎ６２４０９７８７９＠１２６．ｃｏｍ王昭玉（１９８４ ），副研究员，博士研究生，主要从事海洋仪器仪表研发，化学体系以及数学模型建立的研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｔ．３１＠１６３．ｃｏｍ。
叶绿素a计算方案
ENVI支持下利用环境小卫星数据进行水质监测方案悬浮物、叶绿素a、有色可溶性有机物等是水质监测的重要参数，这些水质参数浓度的变化，会引起水体生物光学特性和水面反射率的改变，利用遥感技术，根据水体光谱特性与水质参数浓度间的关系，反演水质参数，可以实现湖泊水质的高频、大范围、准实时监测。
技术流程图1是基于环境小卫星CCD数据的叶绿素浓度反演流程图，基于其他多光谱数据（如TM等）可采用类似的流程。
采用的技术路线为：先对环境小卫星CCD数据进行数据预处理：数据读取、辐射定标、几何校正、大气校正、水域区裁剪；利用波段比值法对实测的叶绿素a浓度数据建立反演模型，将模型应用于水域区影像，反演出整个水域的叶绿素a浓度。
叶绿素a浓度反演模型有很多，如下表为前人研究的较成熟模型。
这里使用比值指数中的Chla = a*X+b模型。
这个流程中主要使用的工具包括：ENVI环境小卫星数据处理工具包（可免费获取），波段运算，图像自动配准工具，ENVI中FLAASH大气校正扩展模块，Microsoft Excel散点图工具等。
图1流程图各个步骤关键技术点一、图像获取本方案用到的环境小卫星CCD-1B数据，该数据是可以在环保部卫星环境应用中心免费下载获取（下载地址：）。
根据水体中叶绿素a浓度的季节变化情况，夏季和秋季（6月-11月）水体中的叶绿素a浓度较高，应选择这个时间段内的数据。
二、数据读取和定标网上免费获取的HJ-1B卫星CCD的分发格式为Geotiff，每一个波段为一个Geotiff文件，并提供一个元数据说明（.XML），包含波段信息、定标参数、成像时间等。
一般的流程是依次打开每个波段，并用元数据说明中提供的定标参数（包括定标公式、参数、单位）用Band Math工具进行手动定标，再用Layer stcaking 功能将4个波段的图像合成为一个多波段的数据文件。
这里使用“ENVI环境小卫星数据处理工具包”，直接读取CCD数据的.XML 文件，输出结果为一个多波段的ENVI标准栅格文件，并带有中心波长等信息，可选择输出定标结果（辐射亮度数据）。
叶绿素a测定实验报告
叶绿素a测定实验报告（一）实验目的及意义水体富营养化可以通过跟踪监测水中叶绿素的含量来实现，其中叶绿素a是所有叶绿素中含量最高的，因此叶绿素a的测定能示踪水体的富营养化程度。
（二）水样的采集与保存1.确定具体采样点的位置2.在采样点将采样瓶及瓶盖用待测水体的水冲洗3-5遍3.将采样瓶下放到距水面0.5-1m处采集水样2.5L4.在采样瓶中加保存试剂，每升水样中加1%碳酸镁悬浊液1mL5.将采样瓶拧上并编号6.用GPS同步定位采样点的位置（三）仪器及试剂仪器：1.分光光度计2.比色池：10mm3.过滤装置：过滤器、微孔滤膜（孔径0.45μm，直径60mm）4.研钵5.常用实验设备试剂：1.碳酸镁悬浮液：1%。
称取1.0g细粉末碳酸镁悬浮于100mL蒸馏水中。
每次使用时要充分摇匀2.乙醇溶液（四）实验原理将一定量的试样用微孔滤膜过滤，叶绿素会留在滤膜上，可用乙醇溶液提取。
将提取液离心分离后，测定750、663、645、630mm的吸光度，计算叶绿素的浓度。
（五）实验步骤1.浓缩：在一定量的试样中添加0.2mL碳酸镁悬浮液，充分搅匀后，用直径60mm 的微孔滤膜吸滤.过滤器内无水分后,还要继续抽吸几分钟.如果要延时提取,可把载有浓缩样品的滤膜放在干燥器里冷冻避光贮存。
2. 提取：将载有浓缩样品的滤膜放入研钵中，加入7mL乙醇溶液至滤纸浸湿的程度,把滤膜研碎,再少量地加乙醇溶液，把滤膜完全研碎，然后用乙醇溶液将已磨碎的滤膜和乙醇溶液洗入带刻度的带塞离心管中，使离心管内提取液的总体积不超过10mL，盖上管塞，置于的暗处浸泡24h。
3.离心：将离心管放入离心机中，以4000r/min速度离心分离20min。
将上清液移入标定过的10mL具塞刻度管中，加少量乙醇于原提取液的离心管中，再次悬浮沉淀物并离心，合并上清液。
此操作重复2-3次，直至沉淀不含色素为止，最后将上清液定容至10mL。
4.测定：取上清液于10mm的比色池中，以乙醇溶液为对照溶液，读取波长750,663,645和630mm的吸光度。
原位叶绿素a光纤荧光传感器研制
原位叶绿素a光纤荧光传感器研制张天鹏;褚东志;马海宽;张丽;曹煊;吴宁;王小红【摘要】运用荧光检测技术,设计了一款用于海水中叶绿素a含量检测的在线式光纤传感器.该传感器基于光纤传输与荧光分析法,通过对激发荧光信号的捕捉、传输以及解析达到在线快速检测叶绿素a的目的.实验结果表明,该传感器的响应值与叶绿素a的浓度具有良好的线性关系,检测性能稳定,且具有体积小、传输速度快等特点,初步具备了海水中叶绿素a含量的现场检测能力.%An online in situ fiber optic sensor used for detecting the chlorophyll-a content was designed by fluorescence detection technology.The sensor was based on optical fiber transmission and fluorescence analysis method,which could be used to capture,transmit and analyze the fluorescence signal to achieve the goal of online rapid detection of chlorophyll-a.Experimental results show that the response value of the sensor has a good linear relation with the concentration of chlorophyll-a.And the sensor has the advantage of stable performance,small size,and fast transmission speed,etc.Therefore,the sensor has preliminarily obtained the online in situ detection capability of chlorophyll-a content in seawater.【期刊名称】《山东科学》【年(卷),期】2017(030)006【总页数】5页(P1-5)【关键词】荧光法;传感器;叶绿素a;海洋污染【作者】张天鹏;褚东志;马海宽;张丽;曹煊;吴宁;王小红【作者单位】山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001【正文语种】中文【中图分类】P715.4+1;TP212叶绿素a存在于所有光氧种群中，是负责光合作用的主要色素，其浓度反映了浮游植物的生物量或现存量[1]。
叶绿素a的测定(B)
内江市环境保护监测站实验报告分析人员：质量负责人：技术负责人：报告单位：内江市环境保护监测站报告日期：2010 年8月2日叶绿素a的测定（B）一、样品名称：叶绿素a编号：叶绿素a考核任务来源：四川省环保厅上岗考核组实验目的：四川省监测人员上岗考核实验日期：2010年7月27日报告日期：2010年7月27日二、实验目的叶绿素是植物光合作用中的重要光和色素。
通过测定浮游植物叶绿素，可掌握水体的初级生产力情况。
在环境监测中，可将叶绿素a含量作为湖泊富营养化的指标之一。
三、水样的采集与保存可根据工作的需要进行分层采样或混合采样。
湖泊，水库采样500ml，池塘300ml，采样量视浮游植物的分布量而定，若浮游植物数量较少，也可采样1000ml。
采样点及采样时间同“浮游植物”。
水样采集后应放置在阴凉处，避免日光直射。
最好立即进行测定的预处理，如需进过一段时间（4~48h）方可进行预处理，则应将水样保存在低温（0~4℃）避光处。
在没升水样中假如1%碳酸镁悬浊液1ml，以防止酸化引起色素溶解。
水样在冰冻情况下（-20℃）最长可保存30d。
四、仪器设备（1）分光光度计（2）真空泵（3）离心机（4）乙酸纤维滤膜（孔径0.45ug）（5）抽滤器（6）组织研磨器或其他细胞破碎器（7）碳酸镁粉末（8）90%丙酮五、实验步骤(1)以离心或过滤浓缩水样，在抽滤器上装好乙酸纤维滤膜。
倒入定量体积的水样进行抽滤，抽滤时负压不能过大（约为50kpa）。
水样抽完后，继续抽1~2min，以减少滤膜上的水分。
如需段时期保存1~2d时，可放入普通冰箱冷冻，如需长期保存（30d），则应放入低温冰箱（-20℃）保存。
(2)取出带有浮游植物的滤膜，在冰箱内低温干燥6~8h后放入组织研磨器中，加入少量碳酸镁粉末及2~3ml90%的丙酮，充分研磨，提取液绿色a。
用离心机（3000~4000r/min）离心10min。
将上清液倒入5ml或10ml容量瓶中。
AquaTROL叶绿素a传感器快速入门指南说明书
安装传感器。
使用前请用清水冲洗传感器。
从仪器上拆下限流器。
如安装移除传感器端口堵头。
润滑传感器底端O型圈。
安装传感器。
将限流器调整为校准模式。
校准和部署。
用VuSitu或Win-Situ 软件连接仪器。
从菜单中选择校准项。
选择叶绿素选项，按照提示说明操作。
校准后将限流器翻转到部署模式。
说明书In-situ叶绿素a传感器用于测量天然水、地表水、地下水、自来水和水产养殖应用中的叶绿素含量。
入门指南有关详细的校准说明，请参阅仪器手册或快速启动指南，以了解您的仪器。
用以下三种方法之一校准叶绿素传感器：1. 去离子水：通过在去离子水中进行校准来重置零点。
2. 罗丹明标准液：用罗丹明WT 标准液校正，根据已知的等效值调整较高浓度的读数。
按照下面的说明准备罗丹明WT 标准液。
3. 自定义标准液或参比物：使用参比物或自定义标准液校正。
配制罗丹明WT 校准液1. 从2.5%罗丹明WT 溶液开始。
用移液管取1.0 mL 的溶液放入到250ml 的a 类容量瓶中。
2. 用去离子水定容，所得溶液为100mg /L 的罗丹明WT 。
3. 为了获得500µg/L 浓度的溶液，用移液管取5mL 100mg/L 的溶液放入1000mL 的容量瓶中。
4. 用去离子水定容。
使用不透明的容器将100 mg/L 的溶液储存在阴凉黑暗的地方，储存时间可达6个月。
浓度指南和预期校准值目标浓度100 mg/L 罗丹明WT 25°C 时的预期校正值25°C 时的预期RFU 值 0µg/L（去离子水）无500µg/L5ml28.6µg/L(ppb)2.91000µg/L10ml53.5µg/L(ppb)5.4*这些值仅供参考。
实际值可能会根据用户准备的标准液而有所不同。
校准传感器使用前再准备500µg/L 的溶液，校准后即丢弃。
如果需要，可以使用上述方法配制不同浓度的罗丹明WT 溶液，如1000。
主动光源式水体叶绿素a浓度传感器设计
从 第 2 部 分 的 分 析 可 知， 在 λ=230 nm 波 段 处， 螺 旋藻水样吸光度与其叶绿素 a 浓度的一元线性回归模型的 R2 达到 0.9294。因此主动光源选择发光中心波段选择在 230nm 处的激光二极管 (LD)，因为 LD 的单色性比较好， 能够产生特定波段范围的光，符合敏感波段的选择。为了提 高 LD 的发光强度的稳定性，本系统中选择了 LM3519 驱动 器芯片，驱动 LD 光源。其电路图如图 4 所示。
其中， Chl_a 为叶绿素 a 的含量 (µg/L)； 、 、 、 分别代表提取液在 664 nm、647 nm、630 nm 和 750 nm 波长处的吸光度值。 为丙酮提取液的体积 (mL)； 为抽滤样本的体积 (L)； 为比色皿光程 (cm)。
每个螺旋藻水体样本均采用 UV-2600 分光光度计对其 吸光度进行测量，得到各样本吸光谱曲线如图 1 所示。
图 3 系统稳压电路设计
图 5 光电转化与信号处理电路图
图 6 控制器及显示器电路图
图 4 LD 驱动电路原理图
从图 2 可知，可以利用螺旋藻水样的吸光度计算水样的 叶绿素 a 浓度，计算公式为：
(2) 式中， 是吸光度值， 表示样本中叶绿素 a 浓度。
传感器设计
该系统的设计主要包括电源模块、主动光源模块、光电 转换模块、控制器模块和显示模块。
目前国内外常用的检测水体叶绿素 a 浓度的理论基础主 要是基于分光光度法、荧光法、近红外光谱分析法以及高效 液相色谱法（HPLC）的测量方法，而且在技术上也已经比 较成熟了。目前市场上基于这些分析理论开发出来的水体叶 绿素 a 浓度测量仪器的价格相对较高，根据不完全市场调查 显示，其价格一般在 5000 元 ~10 万元不等，甚至更高。
消除淡水叶绿素a在750 nm波长浊度的方法
农业资讯NONGYEZIXUN 农业信息消除淡水叶绿素ａ在７５０ ｎｍ波长浊度的方法赵 萱（天津市蓟州区水产业发展服务中心，天津 301900）摘 要 通过对北辰、宝坻、武清、静海、西青区域内，部分淡水鱼池尾水排放叶绿素a样品进行不同处理，分析了实验过程中出现待测样品在750 nm处吸光值不能低于0.005要求的原因，并在大量实验研究的基础上提出了改进措施。
关键词 淡水；浊度方法；待测样品１ 材料和方法１．１ 材料 水样分别采自天津市北辰、西青、静海、武清、宝坻5个区域的12家淡水养殖公司。
每家公司取进水、池水、排水3个位置的水样各1 500 mL。
１．２ 方法 将所采水样各取500 mL，倒入烧杯后，加入 3 mL碳酸镁悬浮液（10 g/L），搅拌均匀后，用0.45 μm 纤维素酯微孔滤膜进行过滤。
方法一：将过滤后样品滤膜放入离心管中，加入10 mL 丙酮溶液摇荡，放入冰柜中24 h后，在转速4 000 r/min的低速离心机中离心30 min，并在630、647、664、750 nm波长处测吸光度值。
方法二：取方法1中测量不合格样品，继续放入冰柜冰冻，取冰冻12 d后样品，放入转速4 000 r/min 的低速离心机中离心40 min，在630、647、664、750 nm波长处测吸光度值。
如果依然存在不合格样品，再取测量不合格样品，放入冰柜中继续进行冰冻，将冰冻20 d后的样品，放入转速4 000 r/min的低速离心机中离心40 min，在630、647、664、750 nm波长处测吸光度值。
２ 方法比较研究结果２．１ 实验结果 利用方法一对叶绿素a进行测定时，在 750 nm波长吸光值低于0.005的要求，很难达到。
基于方法一实验过程中存在的问题，经过深入研究分析，采用适当延长冰冻时限、提高离心转速和延长时间的方法，通过对样品进行反复冻融得到实验结果，如表1。
表１ 方法二（多次）测试情况序号样品编号取样体积/L630nm吸光度647nm吸光度664nm吸光度750nm吸光度1DS-WQ-02-020.50.1280.2090.5700.005 2DS-WQ-03-030.50.2200.387 1.0130.007 3DS-JH-01-010.50.0300.0530.1680.005 4DS-XQ-02-010.50.3050.493 1.5080.005 5DS-XQ-02-030.50.0460.0630.1600.002２．２ 两种方法实验结果对比 总量为45的样品，经方法1实验后，取不符合要求的样品采用方法二处理后，再次进行实验。
科技成果——叶绿素传感器
科技成果——叶绿素传感器所属领域环保减排项目阶段成熟产品成果简介水中叶绿素浓度是水体富养化的重要指标之一，对叶绿素浓度的实时在线监测非常重要，国内现在现场使用的基本是进口的传感器，价格昂贵。
同时，高价的进口传感器在稳定性和使用寿命两方面并不令人满意。
研制开发出性能指标高于进口产品的自主知识产权传感器，它不仅能够扣除太阳光中与叶绿素荧光相同的本底光，还能扣除太阳光激发的叶绿素荧光，测量叶绿素准确度优于进口产品。
该传感器稳定可靠，测定精密度和国标法相近，明显高于美国YSI同类产品，完全能够满足水体样品分析的要求。
该传感器已交付国家海洋环境监测中心出海实测，并应用于太湖栈桥监测点连续实时监测叶绿素浓度。
主要技术指标检测模式：双窗口检测；参数：叶绿素a，水体温度；温度精度：±0.15℃；叶绿素a检测精度：0.05μg/L；叶绿素a检测范围：0.05-100μg/L；1-500μg/L；精密度：RSD<5%；采样间隔：10min；操作模式：SD卡存储，RS232传输。
技术特点传感器以蓝色发光二极管激发水中叶绿素发出荧光，双光纤收集荧光，用光电倍增管检测荧光，同时测量本底荧光值，扣除本底值后得到水体中叶绿素浓度。
传感器配有热敏电阻实时检测水温，用于叶绿素a浓度的校正。
同时采用机械刷定期自动清除光纤表面附近的藻类干扰物，适用于连续监测。
投资与收益适用于环境领域河流、湖泊、海洋等水体中叶绿素a的连续、实时检测。
水体富营养化日益严重，叶绿素a浓度在线监测越来越重要；该传感器的性能优于进口产品；技术路线清晰明确，易于产业化推广。
市场容量大，具有广阔的推广应用前景。
投资规模20-100万元合作方式合作开发。
基于光谱技术的水体浊度及叶绿素a浓度联动校准测量方法[发明专利]
![基于光谱技术的水体浊度及叶绿素a浓度联动校准测量方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a8d835cb846a561252d380eb6294dd88d1d23d73.png)
专利名称：基于光谱技术的水体浊度及叶绿素a浓度联动校准测量方法
专利类型：发明专利
发明人：朱思祁,陈振强,李真,尹浩,代世波
申请号：CN202210280635.6
申请日：20220322
公开号：CN114609091A
公开日：
20220610
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于光谱技术的水体浊度及叶绿素a浓度联动校准测量方法，该方法的步骤包括：光谱探头与光源出射的光线呈90度，光源出射照射到水体，基于散射光强的水体浊度测量：光谱探头采集散射光线，利用散射光强度与浊度的正比关系，通过测量散射光的强度，计算出对应的水体浊度；基于荧光光强的叶绿素a浓度测量：光谱探头采集荧光光强，利用荧光光强与叶绿素a浓度的正比关系，通过测量荧光的强度，计算出对应的叶绿素a浓度；通过浊度值校准叶绿素a浓度值：通过叶绿素a浓度值校准浊度值：本发明实现了一探头双测量的功能，提高了测量准确度和测量效率。
申请人：暨南大学
地址：510632 广东省广州市天河区黄埔大道西601号
国籍：CN
代理机构：广州市华学知识产权代理有限公司
代理人：郑秋松
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