一种海水酸碱度光谱分析装置和方法制造方法及图纸

一种海水酸碱度光谱分析装置和方法，包括支架、光源模块、光程长调节模块、恒温模块、光电检测模块和控制处理模块；支架设有固定件、移动件和支撑板，支撑板用于放置样品，固定件固定于支撑板上且位于样品一侧，移动件可相对固定件移动地设置于样品另一侧；光源模块安装于移动件上以向样品依次发射多个特征波长光线；光电检测模块设置于固定件上以依次检测光信号并进行处理转化得到电压信号；光程长调节模块连接驱动移动件移动以调节光程长；恒温模块用于为提供恒定的温度；控制处理模块与光源模块、光电检测模块、光程长调节模块和恒温模块相连。本发明专利技术采用可见

【技术实现步骤摘要】
一种海水酸碱度光谱分析装置和方法


[0001]本专利技术涉及海水光谱分析领域，特别是指一种海水酸碱度光谱分析装置和方法。

技术介绍

[0002]海洋食品是人们生活必不可少的营养食品。随着现代生活水平的提高，人们对海洋食品的需求日益增加，这也促进海水养殖业近年来的迅速发展，近海养殖也慢慢成为导致海水污染的主要原因之一。保护海洋生态和海洋食品安全，对海水污染的检测技术就显得尤为重要。
[0003]在海洋检测中，pH值，浊度，含氧量等多个质量参数都要进行检测。而pH值的变化在近海养殖和检测环境污染起着重要的作用，pH值变化过大可能导致养殖的生物大量死亡，对海水造成进一步的污染。
[0004]目前，海水酸碱度的检测主要有三种方式：一种常见的方法是使用pH指示剂。这种方法是在待测溶液中加入一定的pH指示剂，然后不同的pH指示剂根据待测溶液不同的pH值会变化出不同的颜色，根据指示剂的研究就可以确定pH的范围。这种测量方法误差较大，只能大概测量出pH值范围，不能进行准确的pH值测定，且耗费时间过长，效率不高，消耗试剂，只能应用于对pH值精度要求不高的场合；一种是依靠pH试纸进行人工观察，这种方式直观，但效率低，并且依赖于测量人员的经验，耗费时间长，不能实时监测；另一种是依靠电化学的方法，采用玻璃电极进行酸碱度的测量，这种测量方法的结果相对准确，但通常测量耗费时间，且玻璃电极还需要定期更换和维护，增加测量的费用，这种方法不能满足对水质检测的快速、准确、经济等方面的要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种海水酸碱度光谱分析装置和方法，无需特殊的样品处理过程，可以直接放入装置进行测定，并且采用可见
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近红外光谱分析技术，具有检测速度快、可实时测量、精度高的优点。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种海水酸碱度光谱分析装置，其特征在于：包括支架、光源模块、光程长调节模块、恒温模块、光电检测模块和控制处理模块；所述支架设有固定件、移动件和支撑板，所述支撑板用于放置样品，所述固定件固定于所述支撑板上且位于样品一侧，所述移动件可相对所述固定件移动地设置于样品另一侧；所述光源模块安装于所述移动件上以向样品依次发射多个特征波长光线；所述光电检测模块设置于所述固定件上以依次检测光信号并进行处理转化得到电压信号；所述光程长调节模块连接驱动所述移动件移动以调节光程长；所述恒温模块用于提供恒定的温度；所述控制处理模块与所述光源模块、所述光电检测模块、所述光程长调节模块和所述恒温模块相连以将电压信号转换为光谱信号后输入光谱模型中计算得到pH值，所述光谱模型为采用PLS建模方法或LS
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SVM建模方法构建的光谱模型。
[0008]优选的，所述光源模块设有若干LED灯和驱动模块，若干所述LED灯作为光源，所述
驱动模块与所述LED灯相连，所述光源为采用波长优选算法筛选出的光源，若干光源呈环形阵列排列。
[0009]优选的，所述波长优选算法包括有连续投影算法或改进竞争性自适应重加权采样法或者连续投影算法和改进竞争性自适应重加权采样法结合。
[0010]优选的，所述光电检测模块包括光电传感器和处理电路；所述光电传感器安装于所述固定件上以检测光信号进行处理后输出电流信号，所述处理电路与所述光电传感器相连以将电流信号进行放大、滤波处理并转换为电压信号；所述控制处理模块与所述运算放大电路相连以将电压信号进行处理转换为光谱信号。
[0011]优选的，所述恒温模块包括半导体制冷片、温度传感器和温度控制模块；所述温度传感器安装于所述支架上以采集环境温度，半导体制冷片安装于支架上以进行加热或制冷，所述温度控制模块与所述半导体制冷片和所述温度采集模块相连以采用PID算法控制恒温。
[0012]优选的，所述光程长调节模块包括丝杆、滑块和电机；所述丝杆安装于所述支架上；所述滑块与所述丝杆为螺纹配合实现传动，所述移动件固定于所述滑块上，所述电机驱动所述丝杆旋转使得所述移动件相对所述固定件移动实现调节光程长；所述控制处理模块与所述电机相连。
[0013]优选的，还包括有显示交互模块，所述显示交互模块与所述控制处理模块相连以实现参数输入以及显示pH值和温度信息。
[0014]优选的，还包括有电源模块；所述电源模块与所述光源模块、光程长调节模块、恒温模块、光电检测模块和控制处理模块相连以供电。
[0015]一种海水酸碱度光谱分析方法，其特征在于：基于所述的一种海水酸碱度光谱分析装置实现，包括如下步骤：
[0016]1)输入所需的光程长和温度至所述控制处理模块；
[0017]2)所述控制处理模块控制所述移动件相对所述固定件移动达到输入的所述光程长，以及根据所述温度信息控制所述恒温模块工作以提供恒温的环境；
[0018]3)将样品放入支架，控制光源模块依次发射特征波长的光线，光线透过样品出射至光电检测模块，光电检测模块将光信号进行处理转换成电压信号；
[0019]4)所述控制处理模块将电压信号进行处理转换得到光谱信号，并将光谱信号输入至光谱模型中计算得到pH值。
[0020]优选的，将计算得到的样品的pH值和当前环境温度进行显示或发送至移动终端。
[0021]由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0022]1、本专利技术提供的海水光谱检测装置，无需特殊的样品处理过程，可以直接放入装置进行测定，能实现对海水酸碱度(pH值)的在线测量，同时考虑并消除了温度和光程长等带来的环境误差，具有无污染、经济的优点。
[0023]2、本专利技术中，光源模块采用经过波长优选的特征波长LED光源，该光源与常见的可见
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近红外光谱光源相比造价低廉，极大简化了光谱数据的维度，且后续采集数据处理简单，同时该光源为后续仪器设计提供一定依据。
[0024]3、本专利技术中，通过选择合适的光程长，建立相应的测量模型，减小光程长误差，即可适用于海水酸碱度的光谱检测需求，为仪器的制造提供了很好的思路，从而提高海水酸
碱度的(pH值)检测精度。
[0025]4、本专利技术中，恒温模块设置有温度控制单元等，在获取海水测量环境温度信息的同时将温度信息作为一个输入，通过PID算法调节，驱动温度控制模块使整个系统处于恒定温度，消除不同温度下带来的检测误差，提高了检测精度。
[0026]5、本专利技术中，提供了海水参数的光谱检测方法，基于光谱数据建模方法，包含常见的光谱数据建模方法有多种，包括常用的线性模型和非线性模型分别为：偏最小二乘法(PLS)和最小二乘法支持向量机(LS
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SVM)，能够在一定程度上提高海水pH值的预测精度，同时开发了配套的上位机软件和微信小程序，能够实时显示采集并控制装置工作。
附图说明
[0027]图1为本专利技术装置组成模块图；
[0028]图2为本专利技术装置结构图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海水酸碱度光谱分析装置，其特征在于：包括支架、光源模块、光程长调节模块、恒温模块、光电检测模块和控制处理模块；所述支架设有固定件、移动件和支撑板，所述支撑板用于放置样品，所述固定件固定于所述支撑板上且位于样品一侧，所述移动件可相对所述固定件移动地设置于样品另一侧；所述光源模块安装于所述移动件上以向样品依次发射多个特征波长光线；所述光电检测模块设置于所述固定件上以依次检测光信号并进行处理转化得到电压信号；所述光程长调节模块连接驱动所述移动件移动以调节光程长；所述恒温模块用于提供恒定的温度；所述控制处理模块与所述光源模块、所述光电检测模块、所述光程长调节模块和所述恒温模块相连以将电压信号转换为光谱信号后输入光谱模型中计算得到pH值，所述光谱模型为采用PLS建模方法或LS
‑
SVM建模方法构建的光谱模型。2.如权利要求1所述的一种海水酸碱度光谱分析装置，其特征在于：所述光源模块设有若干LED灯和驱动模块，若干所述LED灯作为光源，所述驱动模块与所述LED灯相连，所述光源为采用波长优选算法筛选出的光源，若干光源呈环形阵列排列。3.如权利要求2所述的一种海水酸碱度光谱分析装置，其特征在于：所述波长优选算法包括有连续投影算法或改进竞争性自适应重加权采样法或者连续投影算法和改进竞争性自适应重加权采样法结合。4.如权利要求1所述的一种海水酸碱度光谱分析装置，其特征在于：所述光电检测模块包括光电传感器和处理电路；所述光电传感器安装于所述固定件上以检测光信号进行处理后输出电流信号，所述处理电路与所述光电传感器相连以将电流信号进行放大、滤波处理并转换为电压信号；所述控制处理模块与所述运算放大电路相连以将电压信号进行处理转换为光谱信号。5.如权利要求1所述的一种海水酸碱度光谱分析装置，其特征在于：所述恒...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丽娜，郭尚兴，李登珊，徐耀民，苏涵君，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：