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1、原位海水叶绿素a含量检测系统的设计吴宁,等原位海水叶绿素a含量检测系统的设计DesignoftheIn-situDetectionSystemfortheContentofChlorophyll-ainSeawater212吴宁曹煊褚东志22111马然吴丙伟张颖颖张述伟张颖12(山东省海洋环境监测技术重点实验室,山东青岛266001;山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001)摘要:为了检测LED激发海水浮游植物体内的叶绿素a所发出的痕量荧光信号,实现海水叶绿素a含量检测,预防赤潮等灾害,设计了基于STM32
2、单片机和FPGA的数字锁相放大器。FPGA实现系统正交矢量数字锁相放大和LED光源调制驱动信号DDS的产生;STM32单片机主要完成数据处理、温度补偿以及通信接口等功能。试验证明,该方案不仅能在自然环境下完成海水叶绿素a的实时检测,且具有较高的测量精度。基于该方案的原位海水叶绿素a传感器,具有结构简单便携、精度高、稳定性高和抗干扰能力强等特点,具有广阔的应用前景。关键词:叶绿素a荧光信号LED传感器数字锁相放大器实时检测中图分类号:TH13文献标志码:ADOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380
3、.201506020Abstract:Todetectthetraceamountoffluorescencesignalsemittedfromchlorophyll-ainsidehytoplanktoninseawaterunderLEDexcitationforimplementingdetectionofchlorophyll-ainseawater,andprotectingredtideandotherdisasters,thedigitallock-inamplifierhasbeendesignedb
4、asedonSTM32singlechipcomputerandFPGA.Theorthogonalvectorlock-inamplifierandgenerationoftheLEDlightsourcemodulationdrivingsignalDDSarerealizedbyFPGA;whilethefunctionsofdataprocessing,temperaturecompensationandcommunicationareaccomplishedbySTM32.Theresultsofexperi
5、mentsindicatethatdesignschemecandetectchlorophyll-ainseawaterinrealtimeundernaturalenvironment,andofferhighermeasurementaccuracy.Thein-situseawaterchlorophyll-asensorbasedonthisschemefeaturessimplestructureandeasytocarry,highaccuracy,highstability,andstronganti-
6、interferencecapability,andpossesseswideapplicableprospects.Keywords:Chlorophyll-aFluorescentsignalLEDSensorDigitallock-inamplifier(DLIA)Real-timedetection[4-5]检测该类信号非常困难。为了提取和测量强噪声0引言背景下的痕量荧光信号,提出了一种数字正交锁相放海水叶绿素a浓度直接反映了浮游植物的活跃度大(digitallock-inamplifier,DLIA)检测技术
7、。该方法和生物量,因此叶绿素a浓度检测已经成为评价海洋基于互相关原理,使输入待测的微弱周期信号与频率[1-3]水质营养化和预测赤潮灾害的最重要参数。目相同的参考信号在相关器中实现互相关,从而有效地前,在线检测海水叶绿素a浓度最有效的方法是荧光检测出深埋在大量非相关噪声中的痕量荧光信号,完检测法,通过中心波长为470nm的LED激发浮游植物成叶绿素a的检测。该方法显著提高了测量信噪比、体内叶绿素a发出荧光信号,通过测量荧光信号,间接灵敏度和准确度,弥补了模拟器件存在的温度漂移、噪跟踪水体营养化程度的变化。但激发出的荧光信
8、号为声大等缺点[6]。痕量信号,易受到环境光等背景光影响而淹没在强噪1系统方案设计声背景下,因此采用传统模拟、放大、滤波等检测方法系统主要由中心波长为460nm、作为激发光源国家自然科学基金资助项目(编号:41206076);(窄角15°)的高亮度蓝光LED、S2386-44K型光电接海洋公益性行业专项科研经费项目(编号:2010
