基于双光源相关算法的溶解氧浓度检测技术研究*

张晓楠， 姜子可， 胡祎萌， 姚璞玉

(齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东 青岛 266061)

0 引 言

水中溶解氧含量(dissolved oxygen,DO)是评价水体质量状况的一项重要标准，再结合浊度、pH值等检测参数可快速得到当前的水质情况[1,2]。随着荧光检测分析技术的发展，基于荧光猝灭效应的光学方法逐步应用到溶解氧浓度的检测中来。荧光猝灭指的是荧光物质分子与猝灭剂之间发生的现象[3]。当测量溶解氧浓度时，某一波长的入射光照射荧光物质，产生荧光，氧作为猝灭剂，与荧光物质相互作用，使荧光的发光强度降低或者荧光寿命衰减。这个检测过程不消耗氧气，而且不易受到外界条件的影响。相比传统检测方法[4～6]，通过检测荧光寿命得到溶解氧的浓度，具有灵敏度好[7,8]，精度高，增加了仪器的使用寿命。

国外研究人员基于荧光猝灭检测技术及产品研发展开了大量的研究工作，已出现相关产品[9]，但这些仪器价格昂贵、订货周期长，不适合广泛应用。国内一些科研机构也开展了很多研究，2012年，郭立泉等人[10]设计了基于锁相环电路的荧光寿命检测系统，但电路设计复杂且没有参考光源，精度较低。2016年，朱成刚等人[11]改善了结构设计，采用一种45°角斜面传感器探头，有效降低了水中气泡对溶解氧测量的干扰，若荧光信号有波动，则造成测量结果不稳定。2018年，高亚[12]利用相敏检测原理以及快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)求出相位差最后计算出溶解氧浓度,但STM32F1系列单片机主频低，导致运算速度慢，误差较大。……