[发明专利]一种低噪声高精度总氮总磷一体化检测系统与方法

说明书

本发明提供了一种低噪声高精度总氮总磷一体化检测系统与方法，该系统包括样品处理单元、检测单元、噪声去除单元、ARM核心处理单元和上位机；该系统将缓变的直流信号转化为方波信号后先经过直流噪声的去除，然后分别完成检测信号与同频率参考信号、检测信号与同频率参考信号90°相移信号的相乘，再通过低通滤波即可完成周期性噪声的滤除，最后计算两路信号的平方根即可得到低噪声信号。相比传统的直流信号检测方法，能够有效滤除杂散光和暗电平，自动校正检测光路，大幅抑制噪声干扰，有效简化结构设计与数据处理流程，实现总氮总磷高精度检测。

技术领域

本发明属于水体检测技术领域，涉及总氮总磷检测，具体涉及一种低噪声高精度总氮总磷一体化检测系统与方法。

背景技术

水体中总氮总磷含量过高时将会引起水体富营养化，藻类大量繁殖，水中含氧量减少，造成其他水生生物大量死亡，严重破坏水域的生态系统。因此检测总氮总磷含量是十分必要的。

目前一些检测仪器采用直接对光电探测器输出信号进行检测的方法，这种方法一般采用恒流源供电的LED作为光源，直接采集待测样品的透射光强度。由于LED为恒流供电，因此光电探测器采集到的透射光信号为微弱的直流信号，此时该信号易受运算放大器的失调电压、暗电流以及杂散光的影响，导致测量信号混有很大的噪声，使得测量精度偏低。另一方面，传统方法需要将检测池置于黑暗环境中以避免环境光的影响，存在结构设计复杂、成本高等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种低噪声高精度总氮总磷一体化检测系统与方法，解决现有技术中的检测方法的检测精度有待进一步提升的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种低噪声高精度总氮总磷一体化检测系统，该系统包括样品处理单元、检测单元和噪声去除单元；

所述的检测单元包括：采用方波控制LED供电的通断，实现将光源信号调制为方波信号，该方波信号经过分光镜后分别对待测水体样品和空白溶液进行检测，然后由光电二极管完成光电转换后再将电流信号经过跨阻放大转为电压信号并进行放大。

所述的噪声去除单元包括：对经过检测单元放大后的方波信号进行直流噪声去除和周期性噪声去除；

所述的直流噪声去除为通过交流耦合滤除失调电压和暗电平；

所述的周期性噪声去除为：分别将测量信号与参考信号以及测量信号与参考信号移相90°后的信号相乘，得到乘积结果为I₁和I₂，再进行模数转换：

即：

式中：

I₁表示测量信号与参考信号乘积所得的信号；

I₂表示测量信号与参考信号经过90°相移后乘积所得的信号；

A表示待测信号的幅值；

B表示参考信号的幅值；

f表示方波信号的频率；

t表示时间；

θ₁表示正弦波分量1的初相位；

θ₂表示正弦波分量2的初相位；

通过低通滤波器后将I₁和I₂中的倍频分量滤除，余下分量分别记为I′₁和I′₂，则真实信号II按照下式计算：