[发明专利]一种海水微塑料在线监测系统

说明书

本发明公开一种海水微塑料在线监测系统，上位机通过光源控制板控制激光器发射激光，激光经由拉曼探头出射的激发光经分束镜发射后作用于待测样品激发拉曼光信号，激发的拉曼光信号由分束镜反射后由拉曼探头采集，采集的拉曼光信号经接受光纤到达光谱仪进行光电信号转换，上位机对光谱仪处理的拉曼光信号进行数据处理后显示在上位机；在图像采集时成像单元中高分辨数码相机采集经物镜和分束镜后的海水微塑料图像信息，采集的图像信息传输至上位机后显示。本发明可以实现对海水微塑料的直接测量，检测速度快，避免了繁琐的步骤，同时不需要化学试剂，避免对海水水质的二次污染。同时增加成像单元，可实现对海水为塑料的形貌进行表征。

技术领域

本专利涉及海水水质环境在线监测领域，尤其涉及环境光学监测技术领域，具体为一种微塑料在线监测系统。

技术背景

近年来，随着经济的迅速发展，海洋环境中微塑料污染日益严重。微塑料甚至可能对鸟类、鱼类及其他海洋生物造成物理和化学层面致命的伤害，从而破坏海洋生态环境。传统微塑料检测方法往往步骤繁琐，成本高，难以满足现代环境监测的要求；现有的海水微塑料在线监测缺乏实时、快速、精准的在线监测系统，这种局面严重制约了对海水微塑料的监测与控制。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述方面的缺点，实现海水微塑料的实时在线监测，本发明提供一种基于拉曼光谱测量技术，测量过程无需化学试剂，测量速度快，且不易受到外界干扰，性能优越，使用方便的在线监测系统，系统增加成像功能，可实现对海水微塑料的形貌进行表征，实现了现场实时、快速、精准监测海水微塑料的目的。

本发明具体技术方案如下：

一种海水微塑料在线监测系统，其特征在于：上位机通过工控板与主动光源、蠕动泵连接；上位机通过光源控制板与激光器连接；上位机还与光谱仪连接；

主动光源设置在流通池的一侧，蠕动泵设置在流通池的进口端；流通池的另外一侧设置物镜及分束镜，所述物镜与流通池平行，分束镜与物镜成45度倾斜设置；物镜上方设置拉曼探头，拉曼探头经入射光纤与激光器连接；拉曼探头还经接受光纤与光谱仪连接；

分束镜外侧与物镜对应处设置高分辨相机，所述高分辨相机与上位机连接。

当待测样品流经流通池时，上位机通过光源控制板控制激光器发射激光，激光经入射光纤到达拉曼探头，由拉曼探头出射的激发光经分束镜反射后作用于待测样品激发拉曼光信号，激发的拉曼光信号由分束镜反射后由拉曼探头采集，采集的拉曼光信号经接受光纤到达光谱仪。光信号进入光谱仪以后首先经过狭缝控制进入光谱仪的光通量，然后经过准直镜将入射光准直成平行光到达光栅，最后经聚焦镜将光栅的衍射光聚焦在探测器。上位机对光谱仪处理的拉曼光信号进行数据处理后显示在上位机；

实际测样中拉曼光谱受噪声影响较大，有许多毛刺，需对拉曼光谱数据进行DB7小波处理和标准差归一化处理。对预处理后的拉曼光谱建立数据集，构成标准品的一个特征数据。通过建立的数据集训练算法模型，从而建立识别算法，识别算法选用随机森林识别模型。用建立的识别模型与实际测试的拉曼光谱数据进行比对，来识别未知水质中的微塑料种类。

在图像采集时上位机通过工控板控制主动光源开启，主动光源发出的光照射在待测水样上，微塑料的图像信息经物镜进行放大，放大后的图像信息透过分束镜后到达高分辨相机，高分辨相机采集经物镜和分束镜后的海水微塑料图像信息，采集的图像信息传输至上位机后显示。

因为海水水质在测量过程中成分复杂，在激光照射下容易激发荧光信号，为了避免荧光信号对拉曼光信号的影响，所述激光器激发光源采用785nm激光器，此波段激光器激发光信号可有效避免荧光信号对拉曼光信号的干扰。

所述流通池进口端设置过滤网。

图像采集与拉曼采集光路同轴，测量为准同步运行，两者之间延时400ms。测量间隔时间相对水样流速可忽略。默认测量为同一测量位置。测量软件集成在一起，每次测量完成后测量结果同时显示在上位机。