[发明专利]基于紫外三维荧光的海洋TOC传感器与使用方法

权利要求书

1.基于紫外三维荧光的海洋TOC传感器，其特征在于：包括装有模拟海水的样品池（2）、光源模块、聚焦透镜组（7）、荧光采集模块和数据处理模块，所述光源模块向样品池（2）发射光源通过聚焦透镜组（7）形成焦点，荧光采集模块采集焦点激发出的三维荧光光谱，数据处理模块将三维荧光光谱数据进行处理得到样品中的TOC浓度数值，所述光源模块包括紫外LED阵列（1），所述紫外LED阵列（1）采用中心波长为255nm、265nm和275nm的紫外LED组成；

所述荧光采集模块包括将荧光进行分光的单色仪（4）和分别设置于单色仪（4）上的荧光入射狭缝（3）与荧光出射狭缝（5），出射光线的光路上设置有进行荧光采集的光电倍增管（6）；

所述荧光入射狭缝（3）与样品池（2）之间、荧光出射狭缝（5）与光电倍增管（6）之间均设置有聚焦透镜组（7）；

所述数据处理模块包括与光电倍增管（6）电性连接用于处理三维荧光光谱数据的嵌入式系统（8）和与嵌入式系统（8）相连的显示设备（9），所述嵌入式系统（8）还通过无线通信与上位机监控系统相连；

使用方法的具体步骤如下：

A、调配模拟海水样品：利用TOC标准液和重蒸馏水配制不同TOC浓度的模拟海水样品，所述TOC标准液的浓度为1000mg/L，经过重蒸馏水按比例稀释成浓度梯度为0.3mg/L～2mg/L模拟海水样品；

B、调控入射光源：嵌入式系统（8）采用恒压、恒流的驱动技术分时点亮紫外LED阵列（1）中不同中心波长的紫外LED，使得不同中心波长的紫外光依次通过聚焦透镜组（7）聚焦照射到装有模拟海水样品的样品池（2）中，调整聚焦透镜组（7）的位置使得紫外光以最大强度在模拟海水样品中形成焦点进而激发出三维荧光；

C、荧光采集：焦点发出的荧光通过聚焦透镜组（7）进入荧光入射狭缝（3），经过单色仪（4）的分光从荧光出射狭缝（5）射出，光电倍增管（6）通过聚焦透镜组（7）采集三维荧光光谱数据，传送给嵌入式系统（8）；

D、数据处理：嵌入式系统（8）将采集到的三维荧光光谱数据进行预处理，将多中心波长的三维荧光光谱数据作为自变量，模拟海水样品的TOC含量作为因变量，通过粒子群优化的最小二乘支持向量机算法构建的数学映射模型，得到TOC浓度与三维荧光特征峰数学映射关系，进而得到所测样品中TOC浓度数值。

2.根据权利要求1所述的基于紫外三维荧光的海洋TOC传感器，其特征在于：所述聚焦透镜组（7）的材质为石英材料。

3.根据权利要求1所述的基于紫外三维荧光的海洋TOC传感器，其特征在于：所述紫外LED阵列（1）激发光源与单色仪（4）采集的样品池（2）的荧光信号呈90°角设置。

4.根据权利要求1所述的基于紫外三维荧光的海洋TOC传感器，其特征在于：所述嵌入式系统（8）的型号为STM32系列。

5.根据权利要求1所述的基于紫外三维荧光的海洋TOC传感器，其特征在于：所述步骤A中TOC标准液的主要成分为邻苯二甲酸氢钾，步骤B、C和D在暗环境下进行，并且样品池（2）表面清洁无污染。

6.根据权利要求1所述的基于紫外三维荧光的海洋TOC传感器，其特征在于：所述步骤D中的预处理过程为：

a、采用Savitzky-Golay多项式平滑方法对得到的多个紫外中心波长下的三维荧光光谱数据进行光谱曲线平滑处理；

b、将平滑处理后的光谱曲线进行荧光峰数据的特征提取，以及采用粒子群优化的LSSVM算法对特征提取之后的数据进行处理。