(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210208720.1 (22)申请日 2022.03.04 (71)申请人 中国海洋大学 地址 266100 山东省青岛市崂山区松岭路 238号 (72)发明人 薛庆生　李子健　郝锡杰　王福鹏　 (74)专利代理 机构 济南金迪知识产权代理有限 公司 37219 专利代理师 许德山 (51)Int.Cl. G01N 21/31(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种拖曳式高光谱吸光度传感器系统及其 校正方法 (57)摘要 本发明涉及一种拖曳式高光谱吸光度传感 器系统及其校正方法， 该传感器包括光源模块、 吸收池和光谱接收模块。 光源采用成本低、 无需 预热、 波长范围大和光能利用率高的LED光源， LED光源发光波长范围覆盖340 ‑980nm， 内部有温 度传感器监测LED光源的温度， 光准直后到光纤 集束器， 聚束通过一条光纤传输， 光线混光输出 以后准直和整形通过吸收池， 光被吸收后进入光 谱接收模块， 光谱接收模块内部经过反射镜反射 到凹面全息光栅， 凹面全息光栅 分光到线阵探测 器上， 最后数据经过单片机处理以及校正显示在 电脑。 本发 明整个设备可以通过拖曳系统挂在本 发明实用性强， 具有小型化、 高光谱、 高精度的特 点， 对水体的监测意 义重大。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 114460022 A 2022.05.10 CN 114460022 A 1.一种拖曳式高光谱吸光度传感器系统， 其特征在于， 该系统包括光源模块、 吸收池、 光谱接收模块、 单片机和电脑； 所述吸收池的一端设置有光源模块， 所述吸收池的另一端设置有光谱接收模块， 光源 模块和光谱接收模块均 与单片机相连接， 单片机与电脑相连接； 所述光源模块用于发射多通道信号， 在每个光路通道中， 依次设置有LED光源、 第一准 直透镜、 光纤耦合器和输入光纤， LED光源的发射光经过第一准直透镜准直后， 再经过光纤 耦合器将光耦合到 输入光纤中； 所有光路通道中的输入光纤均与光纤集束器的同一端相连接， 光纤集束器的另一端与 另一根输出光纤相连接； 通过光纤集束器将输入光纤的光束汇 聚到一起， 再 由输出光纤输 出， 然后经 过第二准直透镜的准直， 入射到吸 收池中； 所述光谱接收模块用于接收多通道信号， 光谱接收模块包括沿光路依次设置的第 三准 直透镜、 聚焦透 镜、 衍射光栅、 反射镜、 凹面全息光 栅和线阵探测器； 吸收池的透射光经过第 三准直透镜的准直和聚焦透镜的聚焦， 先通过衍射光栅色散分 成不同波长的光线， 通过反射镜把不同波长的光线反射到凹面全息光栅上， 通过凹面全息 光栅的分光作用， 将各个波段的光线分开入射到线阵探测器上， 然后再把线阵探测器上 的 光谱数据传输 到单片机进行处 理中， 单片机将处 理好的光谱数据传输 到电脑中进行显示。 2.根据权利要求1所述的一种拖曳式高光谱吸光度传感器系统， 其特征在于， 光源模块 还设置有总支撑体、 光源支撑体和光路通道支撑体； 光源支撑体用于固定LED光源； 光路通 道支撑体用于为每 个光源提供独立的光路通道； 光源支撑体设置在总支撑体上， 光路通道支撑体固定在总支撑体上， 且光路通道支撑 体与光源支撑体 配合安装； 所述光路通道支撑体为 圆柱形， 并且以圆柱的圆心为中心呈环形阵列开设若干个圆柱 形光路通道； 每 个圆柱形光路通道中依次设置有第一 准直透镜和光纤耦合器； LED光源呈圆周均匀分布在光源支撑体上， 且LED光源在光源支撑体的位置与光路通道 支撑体上光路通道的位置一 一对应。 3.根据权利要求1所述的一种拖曳式高光谱吸光度传感器系统， 其特征在于， 光源模块 包括八个光路通道； 光路通过装置开设 八个圆柱形光路通道。 4.根据权利要求2所述的一种拖曳式高光谱吸光度传感器系统， 其特征在于， 光源支撑 体的材质为氮化铝陶瓷。 5.根据权利要求1所述的一种拖曳式高光谱吸光度传感器系统， 其特征在于， LED光源 的波长范围为340 ‑980nm。 6.根据权利要求2所述的一种拖曳式高光谱吸光度传感器系统， 其特征在于， 光源模块 还设置有温度传感器， 用于检测LED光源的温度， 温度传感器固定在光源支撑体的中心， 温 度传感器的与单片机相连接， 将LED光源的温度传回单片机 。 7.根据权利要求1所述的一种拖曳式高光谱吸光度传感器系统， 其特征在于， 单片机与 电脑之间采用RS232通信方式。 8.根据权利要求1所述的一种拖曳式高光谱吸光度传感器系统， 其特征在于， 在测量 时， 光源模块、 吸收池、 光谱接收模块均放置在水下， 单片 机和电源放置在船上， 并且光源模 块、 吸收池和光谱接收模块均通过线缆依靠海洋拖曳系统与船 上的单片机和电源相连接 。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114460022 A 29.根据权利要求1 ‑8任一项所述的拖曳式高光谱吸光度传感器系统的吸光度校正方 法， 其特征在于， 具体步骤 包括： (1)将高光谱吸光度传感器放置在纯水中， 将光源打开， 线阵探测器测得强度信号为I， 将光源关闭， 线阵探测器测得强度信号为ID， ID表示由环境光引起的光强； 则最终的光强测 量值I入如式(Ⅰ)所示： I入＝I‑ID  (Ⅰ)； (2)将高光谱吸光度传感器放置在浓度为c的待测液体中， 将光源打开， 线阵探测器测 得强度信号为I*， 将光源关闭， 线阵探测器测得强度信号为 表示由环境光引起的光 强； 则最终的光强测量 值I出如式(Ⅱ)所示： 则待测液体的吸光度值 (3)测量不同稀释比例待测液体的吸光度值， 然后进行线性拟合， 得到吸光度A与待测 液体的浓度C之间的校正关系式， 如式(I II)所示： A＝KC+B  (III)， 式(III)中， K为 通过线性拟合得到的校正系数， B为线性拟合得到的常数； (4)将待测液体的浓度c代入式(I II)， 计算得到矫 正后的吸光度A*＝Kc+B。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114460022 A 3