[发明专利]便携式铵氮荧光检测仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种水体铵氮检测仪，具体是一种便携式铵氮荧光检测仪。 

背景技术

氮的化合物是水体生物所必须的最重要的营养物质。铵氮是水体中浮游植物可直接利用的最重要的无机氮形态，其它形态的氮首先需转化为铵氮才可被浮游植物所利用。水体中的铵氮可作为水体受到含氮有机物污染程度的指标。因此，铵氮的现场快速测定在工业、环境评估、水产养殖业、大气和污水控制等领域都具有重要意义。 

荧光光谱法是目前测定铵氮最为灵敏的方法。现有的便携式铵氮测定仪多采用分光光度法，总体精度偏低，荧光光谱法还未在便携式铵氮检测仪中推广。在环境监测仪朝着专用化、小型化、便携化、现场化的发展大背景下，将高灵敏的荧光光谱法推广到实际应用中来是近年的发展趋势。 

发明内容

为了将高灵敏的荧光光谱法推广到实际应用中，为铵氮的现场快速测定在工业、环境评估、水产养殖业、大气和污水控制带来便利，本专利的目的在于基于荧光光谱法提供一种便携式铵氮荧光检测仪,实现高精度、低检测限、低成本、体积小、能够便携使用的目标。 

本发明所述的便携式铵氮荧光检测仪包括机箱和功能模块，其特征在于：包括样品检测模块、信号放大与压频转换模块、等精度频率测量模块、数据显 示与存储模块和电源模块共五个模块； 

样品检测模块、信号放大与压频转换模块、测频模块、数据显示与存储模块顺序连接，电源模块分别连接着上述四个模块； 

上述的顺序连接为：样品检测模块中的硅光电二极管的输出窗口与信号放大与压频转换模块中的放大器连接，信号放大与压频转换模块中的压频转换装置连接测频模块，测频模块，连接数据显示与存储模块中的显示装置； 

样品检测模块中，两个激发光源分置在比色皿两侧，比色皿与硅光电二极管之间设置滤光片； 

为使仪器布局满足便携式检测仪的小型化和集成化要求，本发明的信号放大与压频转换模块、测频模块、数据显示与存储模块和电源模块集成在一块PCB主板上。 

样品检测模块作用在于将荧光信号转换成微弱电流信号，等效于一个光电传感器。该模块还设置比色池架为骨架，嵌入了激发光源、比色皿、滤光片和硅光电二极管。激发光源照射试样池中的待测溶液，激发其发射荧光。荧光信号经窄带滤光片滤光后射入硅光电二极管接收窗口，被转换成微弱电流信号后输出，其电流大小与荧光强度成正比。其中的比色池架用3D打印技术制成。 

为使仪器专用化、小型化，故选用波段宽、单色性好、稳定性好、体积小、功耗低、寿命长的LED作为激发光源。在比色皿与硅光电二极管之间放置窄带干涉滤光片，滤掉476.5nm以下和493.5nm以上的干扰光，确保硅光电二极管只接收荧光。使用3D打印技术加工比色池架，使比色池架不仅能够放置比色皿，还能将激发光源、滤光片、硅光电二极管都镶嵌在比色池架壁上。 

为了避免干扰，提高检测的准确度，本发明中采用了如下措施：首先是选用两个LED相对放置，通过提高激发光强度，以期激发出光强更强的荧光。其 次，在保证激发光源的光不进入硅光电二极管的情况下，激发光源需尽可能的靠近比色皿，两个激发光源、滤光片均与比色皿直接接触，硅光电二极管与滤光片直接接触。还包括将激发光源放置在一个不透光的空心套管内，并一同塞入在中空螺丝中，通过比色池架壁上的圆孔将螺丝旋进比色池架壁，以及将硅光电二极管与滤光片一起放置在一个不透光的空心套筒内，滤光片紧贴在光电二极管前，确保只让通过滤光片之后的光射入光电二极管；也包括使得激发光源与比色皿的连线垂直于硅光电二极管与比色皿的连线，减少散射光进入硅光电二极管。 

信号放大与压频转换模块把弱电流信号转换成直流电压信号并放大，经滤波、压频转换处理后以频率信号输出。选用精密、低噪声、FET输入的AD795作为运算放大器，采用T型网络互阻放大将微弱电流信号I_d转成电压信号V_out并放大。选用低功耗、低噪声、双极性的双通道运算放大器AD706搭建滤波电路。其中一个通道搭建电压跟随电路以提高带负载能力；另一个通道搭建二阶有源低通滤波电路，滤去工频及其他干扰信号得到直流信号。压频转换是模数转换的重要形式之一，相对于直接测电压具有更高的准确度。本发明使用压频转换芯片把电压信号转换成频率信号，以便对其进行测量。其设计参照CN 203364965U：基于等精度测频的光信号检测装置。