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水下有机物阵列式荧光原位高精度检测系统的研制

周乐川  
【摘要】:叶绿素口和CDOM的精确原位监测具有重要的科学意义和实用价值。原位叶绿素a和CDOM测量的难点和关键问题是如何在自然环境条件下完成低浓度精确稳定的长期监测,因此适合原位应用的相关仪器应具有低检测限、高精度、高稳定性、低功耗、体积小等特点。 本论文结合现代低功耗技术和国内外水下有机物原位测量的研究成果,研究出一种阵列式多激发多发射光谱的原位荧光检测技术,结合低功耗高性能采集控制系统和水密封装,实现原位分辨多组份目标物质种类和浓度的功能,并研制出精度高、功耗低、耐高压、体积小的水下有机物阵列式荧光原位检测系统。 本论文主要完成了以下几方面的工作: 1)分析了叶绿素口和CDOM的荧光特性,结合三维荧光光谱分析原理,提出了阵列式多激发多发射荧光测量方法。 2)研究了光电检测电路的噪声模型和环境噪声对测量结果的影响,设计出高动态范围高精度光电检测方案。 3)分析了系统在工作过程中各模块的功耗分布,提出功耗贡献系数的计算方法,讨论了如何降低模块的功耗贡献系数,降低系统整体功耗,提高续航能力。 4)对所研制的水下有机物阵列式荧光原位检测系统样机进行了实验室和户外测试,全面评估了检测系统的性能参数,叶绿素口有效测量范围为0.02~100μg/L,CDOM有效测量范围为0.1~500QSU,电池供电原位续航时间达三个月以上。 通过东海船载测试、杭州西湖走航对比测试和宁波象山港原位对比测试,评测了检测系统的稳定性,测量结果与国际著名产品具有很高一致性,测量精度、续航能力等方面达到目前商业化产品的国际最高水平,具有很好的产业化前景。


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