[发明专利]用于多参数水质测量的光学硝酸盐传感器补偿算法

说明书

一种光学硝酸盐传感器，具有信号处理器或者信号处理模块，该信号处理器或者信号处理模块被配置为：接收信令，信令包含与基于以229nm为中心的光的第一UV光学吸收度的、溶解在水中的硝酸盐的浓度有关的信息，并且还包含与基于中心在250nm至275nm的范围中的相关联光的第二UV光学吸收度的、在所述水中被感测的溶解有机物(DOM)有关的信息；以及基于所接收的信令，通过针对在水中被感测的DOM来补偿硝酸盐的浓度，确定包含与溶解在水中的硝酸盐的经校正的浓度有关的信息的对应的信令。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年3月9日提交的临时专利申请序列号62/305,742(911-023.4-1//N-YSI-0034)的权益，其通过引用而整体并入本文。

本申请也涉及于2017年3月7日提交的专利申请序列号15/451,853，其要求于2016年3月7日提交的临时专利申请序列号62/304,678(911-023.3-1//N-YSI-0033)的权益，两者都通过引用而整体并入本文。

背景技术

1.本发明的技术领域

本发明涉及用于确定水质的技术；并且更具体地涉及用于使用光学传感器来确定水质的技术，该光学传感器用于多参数水质监测。

2.相关领域的说明

富营养化被理解为湖泊或者其他水体中过多的营养物质，通常由于来自陆地的径流，导致植物生命的密集生长以及动物生命因缺氧而死亡。由于这种环境水的营养负载而引起的富营养化是对当今水生健康的最大挑战之一。在这种环境水中进行硝酸盐检测对帮助解决这些问题是必要的。由于试剂消耗(湿化学系统)或者过度功耗(基于光谱仪的系统)，导致市面上可用的当前传感器不适于长期监测。鉴于此，随着对减少营养物质负载的需求增加，本领域中需要环境水传感器，该环境水传感器是长期监测、多参数感测套件的一部分。

发明内容

一般的基础技术

作为示例，本发明提供了一种新的并且独特的技术，该技术用于使用光学传感器来确定水质以，例如解决本领域的前述需求，光学传感器用于多参数水质监测。

根据一些实施例，本发明提供装置(例如，以多参数基于探头的传感器的形式)，利用深UV发光二极管(LED)来测量～229nm(纳米)处的硝酸盐的紫外(UV)吸收度。然而，由于水基质干扰(water matrix interferences)，在天然水中的单个波长测量不足以测量硝酸盐浓度。因此，基质校正算法(matrix correction algorithm)必须被采用，以从任何背景干扰中提取硝酸盐浓度。

光学吸收度是在固定距离上的、相对于参考测量的光强度衰减的测量。溶解在水中的硝酸盐具有已知的，从200nm-230nm范围中的UV谱中的光学吸收度。LED技术的最新进展能够允许访问229nm范围中的弱光学吸收度。该弱光学吸收度足以在淡水系统中测量典型的1-10ppm(即，百万分之一)的硝酸盐浓度。

为了进行该测量，以229nm为中心的UV LED可以被配置为，照明被限制在传感器本体的规定区域内的水。在存在吸收物类(absorbing species)的情况下，横穿水的受限体积的光会衰减。被衰减的光照射到光电二极管，在光电二级管处，光电流被生成并且随后经由跨阻放大器被转换成电压。该信号被指定为测量(M)或者测量信号。在与样本交互之前，UV光的一部分经由参考光电二极管而被采样，在参考光电二极管处，光电流经由跨阻放大器被转换成电压，而不与水进行交互。该信号被指定为参考(R)或者参考信号。

吸收度可以如下被计算：

吸收度＝-log(光透射率)＝-log(M/a R)

其中a是比例常数，可以针对电增益和/或归一化而被调整。