[发明专利]一种基于荧光图像的藻类叶绿素a浓度检测装置

说明书

所属技术领域：

本发明是一种远距离非接触检测藻类叶绿素a的装置的设计。本设计用于各种湖泊及海洋的无人飞行器及船载检测。

背景技术

随着我国经济迅猛发展，人口的不断增加，环境污染不断加重，越来越多的人们开始关注湖泊及海洋环境的检测。而且近年来湖泊藻类过度的生长及海洋中“赤潮”现象的频发，导致了鱼类的大量死亡，很多水生物都深受其害，我国大面积的湖泊资源及海洋资源遭到破坏。

目前测量海藻浓度的方法主要有以下几种：细胞计数法、分光光度法、荧光法、卫星遥感检测法及航空遥感法。细胞计数法主要是利用显微镜检测细胞的个数，分光光度法是把采集到的样本在实验室进行检测，检测程序比较麻烦，不利于连续测量。用卫星或飞机利用遥感原理进行监测方法尽管能实现大面积测量海面叶绿素遥感的机理，是基于不同的浮游植物浓度有着不同的辐射光谱特性进行检测。这种方法的缺点是设备体积大重量比较重并由于易受水气及云雾影响远距离监测时测量精度很差。荧光法测量主要是在线测量，该方法尽管采用萤光方法但是从测量方法及原理上不同，即自动采集样品并在样品室中利用光电二极管或光电倍增管，通过检测荧光光强的方法对藻类叶绿素a浓度进行检测。所以一台设备只能监测一个点，对于大面积测量肯定是做不到的。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术的缺点，提供一种灵敏度高，结构简单，通过检测紫色光照射藻类叶绿素a产生的荧光图像的灰度值检测藻类叶绿素a浓度，提供一种在湖泊或近海可以测量多点的非接触可移动式藻类叶绿素a浓度检测装置，为无人飞行器及船载精确测量藻类叶绿素a浓度提供关键技术。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：

基于荧光图像的藻类叶绿素a浓度检测装置，它包括紫光激光器驱动电路1，半导体紫光激光器2，三棱镜3，紫光滤光片4，紫光探测器5，紫光探测器放大电路6，A/D转换电路7，荧光滤光片8，镜头组9，CCD探测器10，计算机11，激光器模块固定架12，激光器与CCD模块固定架。紫光激光器驱动电路1驱动半导体紫外激光器2，发射的紫光经过三棱镜3，由三棱镜3将光束分成两束光，一束光透射另外一束光反发射光，反射到达紫光探测器5，从光探测器5输出的弱信号通过紫光探测器放大电路6进行放大，然后进入A/D转换电路7，把模拟信号转换成数字信号进入到计算机11作为参考信号。入射到三棱镜3的光分成的另外一束透射光通过紫光滤光片4照射到被测物体上将会产生荧光，该荧光波长，产生的荧光通过荧光滤光片8进入到镜头组9，从镜头输出的光信号送入CCD探测器10，把光信号转换成电信号然后进入到计算机11显示荧光光斑图像，为了避免由于光源的波动造成的测量误差我们采取差分式原理把检测到的荧光光斑灰度值与光探测器5采集到的参考信号在计算机上相除得到的值作为藻类叶绿素a浓度。

本发明的有益效果：由于通过荧光光斑的灰度值来反映藻类叶绿素a浓度，所以可以实现在湖泊或近海可以测量多点的非接触可移动式藻类叶绿素a浓度检测。

图1是基于荧光图像的检测藻类叶绿素a的结构示意图。

图2是图1中紫光激光器驱动电路1电路原理图。

图3是图1中紫光探测器放大电路6电路原理图。

图4是图1中A/D转换电路7电路原理图。

图1中：1紫光激光器驱动电路，2半导体紫外激光器，3三棱镜，4紫光滤光片，5紫光探测器，6紫光探测器放大电路，7A/D转换电路，8荧光滤光片，9镜头组，10CCD探测器，11计算机，12激光器模块固定架，13激光器与CCD模块固定架，14紫光激励下的荧光光斑。

下面利用附图和实施例对本发明作进一步描述。

紫光激光器驱动电路1驱动半导体紫光激光器2，产生1000赫兹的紫色调制光，采用调制光的目的是CCD系统能够采集稳定的荧光(用无调制光的光信号激励藻类的叶绿素a时荧光光强随时间减弱)。激光器发射的紫色调制光经过三棱镜3，三棱镜3将光束分成两束光，一束光透射另外一束光反发射光，反射到达紫光探测器5，从光探测器5输出的弱信号通过紫光探测器放大电路6进行放大，然后进入A/D转换电路7，把模拟信号转换成数字信号进入到计算机11作为参考信号，入射到三棱镜3的光分成的另外一束透射光，通过紫色光滤光片4照射到被测物体上将会产生荧光，紫色光滤光片4的目的是获得435纳米波长的紫色光。产生的685纳米波长的荧光通过荧光滤光片8进入到镜头组9，荧光滤光片8的作用是去除除了685纳米波长的荧光以外的光，镜头组9的作用是把荧光图像聚焦到CCD探测器10上，通过CCD把光信号转换成电信号然后进入到计算机11显示荧光光斑图像，为了避免由于光源的波动造成的测量误差我们采取差分式原理把检测到的荧光光斑灰度值与光探测器5采集到的参考信号在计算机上相除得到的值作为藻类叶绿素a浓度值。