塑料光纤浮游植物荧光传感系统的研究

论文摘要

荧光光纤传感器是现代光纤传感器技术领域研究的热点之一。它通过测量物质的荧光光谱特性来鉴别被测物质的种类和浓度,在海洋环境监测方面具有相当的应用潜力。海水中的浮游植物是海洋生态系统中最主要的初级生产者和能量的主要转换者,它是初级生产力的基础。本文将荧光测量法和光纤传感技术相结合,采用弱光信号检测技术,提出一种测量海水中浮游植物荧光的塑料光纤测量方法,为海洋污染的监测和治理以及估测海水中浮游植物生物量的研究提供一种新的检测手段。本文论述了荧光测量法的基本原理和特点及塑料光纤传感原理,并对浮游植物的荧光特性进行了分析,设计了荧光光纤测量系统的总体方案。由于海水中浮游植物产生的荧光信号很微弱,而且受到背景光噪声的影响,所以采用高灵敏度、低噪声的光电倍增管作为荧光信号探测器,及以锁相放大器为核心的微弱信号检测电路,并针对光电倍增管设计了高稳定的直流开关电源,实现了对微弱荧光信号的激发、收集、传输、探测及处理。论文中给出了各部分硬件电路原理图和参数设计,由于采用了锁相放大器,检测电路具有较低的噪声系数和较高的共模抑制比,从而提高了系统的分辨率。通过研究激发光波长与荧光强度的关系,海藻浓度变化与荧光强度之间的线性关系曲线,证明了用塑料光纤荧光传感器测量浮游植物浓度的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤生物传感器的研究现状
• 1.2 浮游植物的监测研究进展
• 1.3 光纤浮游植物荧光传感系统的研究前景和意义
• 1.4 本论文的研究内容
• 第二章 塑料光纤浮游植物荧光传感器的工作原理
• 2.1 塑料光纤传感器原理与特点
• 2.1.1 塑料光纤简介
• 2.1.2 塑料光纤束荧光传感器原理
• 2.2 浮游植物荧光传感器原理
• 2.2.1 浮游植物荧光光谱
• 2.2.2 浮游植物荧光强度的提取与识别
• 第三章 微弱荧光信号探测技术
• 3.1 光电倍增管（PMT）简介
• 3.1.1 光电倍增效应
• 3.1.2 PMT 的结构
• 3.2 基于PMT 的微弱荧光信号探测技术
• 3.2.1 PMT 的特性参数
• 3.2.2 暗电流和噪声的抑制
• 3.3 微弱荧光信号检测锁相放大器
• 3.3.1 锁相放大器原理
• 3.3.2 光源调制与参考信号
• 第四章 浮游植物荧光探测系统的设计
• 4.1 高稳定低纹波系数高压电源的设计
• 4.1.1 高压开关电源设计
• 4.1.2 纹波补偿电路设计
• 4.1.3 纹波抑制和电压稳定实验结果
• 4.2 光电倍增管分压电路设计
• 4.3 锁相放大器设计
• 4.3.1 信号通道的设计
• 4.3.2 参考通道的设计
• 4.3.3 相敏检测器的设计
• 4.3.4 低通滤波电路的设计
• 第五章 测试结果与分析
• 5.1 实验方法
• 5.2 浮游植物荧光强度的测试结果
• 5.2.1 浮游植物荧光强度与其浓度的测试实验
• 5.2.2 浮游植物荧光强度与入射波长的关系曲线
• 5.3 分析与讨论
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文
• 致谢