[发明专利]一种水下荧光传感器

权利要求书

1.一种水下荧光传感器，由凸透镜(1)、LED光源阵列(2)、激发光滤光片(3)、挡光环(4)、发射光滤光片(5)、光电检测器件(6)、调理电路板(7)、水密接头(8)、外壳(9)和水密封环(10)组成；其特征在于：外壳(9)为一二端开口的中空圆筒；凸透镜(1)由水密封环(10)固定在外壳(9)的一左开口端，其与外壳(9)同轴放置；由2个以上的LED灯珠构成的LED光源阵列(2)位于外壳(9)内部凸透镜(1)右侧、LED灯珠面向凸透镜(1)的四周边缘呈环状分布，并贴近于外壳内壁面；每只LED灯珠均面向凸透镜(1)，出射光轴线与外壳(10)轴线平行或成锐角的夹角；LED光源阵列(2)的LED灯珠与凸透镜(1)之间放置有激发光滤光片(3)，其发出的激发光经激发光滤光片(3)再经过凸透镜(1)后会聚到凸透镜(1)左侧形成均匀照明光场；二端开口的中空圆形挡光环(4)位于凸透镜(1)右侧、其左端于凸透镜(1)紧密贴合，两者轴线重合；发射光滤光片(5)安装在挡光环(4)内，靠近凸透镜(1)一侧，其与挡光环(4)同轴；光电检测器件(6)位于发射光滤光片(5)右侧的挡光环(4)内，其与凸透镜(1)同轴，位于凸透镜(1)焦点与凸透镜(1)之间，使收集的样品荧光光束与光电检测器(6)敏感面匹配；调理电路板(7)与光电检测器件(6)连接，用于采集、放大和AD转换光电检测器件(6)的信号；水密接头(8)与外壳(9)的右开口端密闭连接，其上设有用来对电路板(7)进行供电和数据传输导线的插孔；水密封环(10)用于凸透镜(1)和外壳(9)的水密封。

2.根据权利要求1所述的水下荧光传感器，其特征在于：所述LED阵列光源(2)的每只LED的中心波长280～685nm、发散角5～60°、功耗0.05～0.5W；LED光源阵列(2)的数量≥2只，波长可相同或不同；每只LED的轴线与外壳(9)的轴线夹角0～30°。

3.根据权利要求1所述的水下荧光传感器，其特征在于：所述激发光滤光片(3)的中心波长280～630nm、带宽10～100nm、光学密度OD≥5、直径2～6mm；所述LED阵列光源(2)的每只LED的前端可设有波长与之匹配的激发滤光片(3)，用来截止其光谱拖尾和热辐射。。

4.根据权利要求1所述的水下荧光传感器，其特征在于：所述凸透镜(1)的直径10～35mm、中心厚度4～20mm，其两面分别镀有增透膜以减少镜面反射，增透范围为300-800nm。

5.根据权利要求1所述的水下荧光传感器，其特征在于：所述挡光环(4)的材质为金属或复合材料，如铝、钛或有金属箔夹层的高分子复合材料，且表面发黑处理或黑色，其高度为3～10mm；所述发射滤光片(5)的中心波长280～1150nm、带宽10～100nm、光学密度OD≥5、直径8～15mm、厚度0.1～3mm。

6.根据权利要求1所述的荧光传感器，其特征在于：所述光电检测器件(6)为硅光电二极管(PD)或雪崩光电二极管(APD)，其前端直径或等效直径1～15mm；其光敏面位于凸透镜(1)焦点的左侧，放置在凸透镜(1)的聚焦光束与其光敏面大小相同的位置上。

7.根据权利要求1所述的水下荧光传感器，其特征在于：所述外壳(9)的直径12～65mm、壁厚1～5mm、长度50～150mm；材质为铝合金、不锈钢、钛合金或高分子材料如聚氯乙烯(PVC)、聚醚酮(POM)、聚醚醚酮(PEEK)等，外壳(9)内壁涂覆吸光材料或处理成吸光层；前端用大口径透镜(1)和水密封环(10)密封，后端用水密接头(8)密封，整体耐压可以在0.5～120MPa；凸透镜(1)通过与其同轴设置的环状水密封环(10)与外壳(9)内壁面密闭连接。

8.根据权利要求1所述的水下荧光传感器，其特征在于：传感器内部也可设置有电池和存储卡，用在自容式工作状态。

9.根据权利要求1所述的水下荧光传感器，其特征在于：所述调理电路板(7)可包括LED驱动电路、光电放大电路以及数据采集和处理电路。

10.根据权利要求1所述的水下荧光传感器，其特征在于：所述水密接头(8)可为一种标准6芯圆形水密连接器，包括带缆插头、插座、锁紧盖以及防水堵头，最大工作水深11000m。