[发明专利]一种水体磷原位监测传感器及监测方法

权利要求书

1.一种水体磷原位监测传感器，其特征在于，包括外壳、晶体探头、激发光路模块、光电检测器、通信模块、供电模块和终端；

所述供电模块、激发光路模块、通信模块和数据处理模块密封于外壳内；

所述激发光路模块包括光源、滤波器和聚焦镜，所述滤波器对光源进行波段滤除，使光源经滤波器处理后输出中红外波段的光信号，滤波器输出的光信号经聚焦镜聚焦后经晶体探头入射水体；所述晶体探头嵌于外壳上，晶体探头材质为硅晶体，硅晶体上经刻蚀加工形成三棱柱状阵列，使光路按设定角度入射并进行单次反射；

所述光电检测器接收进入水体后反射的光信号，并将获取的光信号转化为电信号，通过通信模块发送至终端；

所述终端对接收的信号进行数据处理，计算磷酸根浓度；

所述供电模块用于给耗电设备供能。

2. 根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述激发光路模块输出的光信号波长范围为1200－800 cm^-1。

3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述终端包括数据库和数据处理模块；

所述数据库内预存储磷酸根光谱数据，所述磷酸根光谱数据指不同浓度磷酸根溶液的中红外波段光谱数据；

所述数据处理模块获取通信模块发送的信号，将接收的未知浓度磷酸根光谱与数据库中磷酸根光谱数据合并构建新光谱矩阵；将数据库中预存标准样品光谱和对应浓度作为建模集，未知样本光谱作为预测集，构建磷酸根浓度计算模型，计算未知磷酸根含量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用偏最小二乘算法构建计算模型。

5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采集1200－800 cm^-1范围光谱，并选择该波长范围的磷氧键的特征吸收波长进行建模计算磷酸根浓度。

6. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用1161 cm^-1, 1074 cm^-1, 940 cm^-1,868 cm^-1处吸收特征构建磷酸根浓度计算模型。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定角度为45-55度；硅晶体厚度≤0.5mm。

8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述硅晶体入射面的表面粗糙度Ra＜0.5um。

9.利用权利要求1~8任一项所述传感器原位监测水体磷的方法，其特征在于，包括：

将所述传感器固定于水下；

激发光路模块发射光信号，光信号在硅晶体内部发生透射，在硅晶体外部与水体接触，部分光进入水体发生吸收和反射后，返回硅晶体中，并由光电检测器接收；

光电检测器接收进入水体后反射的光信号，并将获取的光信号转化为电信号，通过通信模块发送至终端；

所述终端对接收的信号进行数据处理，计算磷酸根浓度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述传感器固定于连接杆底部并置于水下，连接杆上部设有浮体使连接杆浮于水中。