一种基于全波长光谱法的海水多参数传感器制造技术

本发明专利技术涉及环境化学监测技术领域，具体涉及一种基于全波长光谱法的海水多参数传感器，包括外壳，外壳内设置有过滤单元、减压单元、温盐监测控制单元、检测单元、废液池和电源。本发明专利技术的基于全波长光谱法的海水多参数传感器，是在光谱检测的基础上，应用单一检测器实现多种参数检测的目的，由于多种参数的检测均是采用光谱检测的方法，所以大部分装置共用，能够整体降低能耗，延长水下作业时间，提高了续航能力，为系统的集成提供了可能。这样的设计使得多参数传感器集成在同一双层耐压舱内，不仅可以保证多参数光谱传感器在深海条件下正常工作，还避免了单一传感器分别设计钛合金包覆传感器外壳，有效降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于全波长光谱法的海水多参数传感器
本专利技术涉及环境化学监测
，具体涉及一种基于全波长光谱法的海水多参数传感器。
技术介绍
随着对海洋资源开发利用和海洋环境保护要求的日益提高，对海水中各项理化参数实时准确测量的需求越来越高。国际上的Argo计划以及我国正在实施的“透明海洋”计划等都需要原位监测技术持续采集大量数据。例如溶解有色有机物(CDOM)CDOM，溶解有机碳DOC,硝酸根(NO3-)NO3-等参数都是海洋调查和环境监测中必不可少的重要参数。市售传感器上附带的采样泵，随着测量深度的增加对流速/流量的控制精度越来越差，导致传感器检出限和检测精度发生漂移，影响测量结果的准确性。2013年德国TriOS公司和加拿大Satlantic公司相继推出了基于紫外线直接测量NO3-的传感器产品，但受限于光路设计，样品采集流速波动干扰，检测限为0.5μM，由于设备耐压限制目前使用深度不超过500m。加拿大RBR公司的RBRmaestro多传感器水质剖面仪就是将不同原理不同功能传感器(最多可集成13个)与数据处理和电源设备封装链接实现多参数原位检测，但是由于不同传感器耐压范围差别较大，实际工作过程中最大使用深度由耐压最差传感器决定，因此maestro的最大使用深度只有740m。全球海洋平均深度大约3800m，因此必需对耐压性能差的传感器进行升级改造，但是每个传感器的改造往往都是过程复杂，成本昂贵。为了克服深水压力对设备使用范围和检测精度的影响，德国Nautilus公司研制的深海仪器舱，标称可以在水下6000m范围内使用，但是该设备使用的是将两个玻璃半球抽真空后，利用深海压力将其紧密结合密封的原理，可以用来保护摄像设备和其他不需要直接采水与水体接触的仪器设备，但不能满足从不同深度采样分析要求；其他所有深海原位测量传感器均是对单一传感器进行耐高压处理，如利用耐高压水密接头链接外置电源和数据处理装置，利用价格昂贵的钛合金包覆传感器外壳，成本非常昂贵。目前未见多参数集成的深水稳压恒流耐压舱产品相关成果见诸报道或者产品问世。在海洋调查、海洋勘探、环境检测等领域广泛使用的原位传感器主要有三类：电化学传感器、光学传感器和半导体传感器，其中光学传感器具有采样方式灵活，分析速度快，灵敏度高，操作维护简单，选择性好等显著优点，在海洋检测领域被制成多种参数(如叶绿素(chl-a)，浊度，有色可溶有机物(CDOM)等)的传感器。此类传感器的光源能量密度高，发光时间长，性能稳定，但同时，功率高，能耗大。对于依靠水下电池供电的传感器系统而言，采用多个单一功能传感器集成使用将严重影响水下续航时间，故而限制了其使用范围。基于上述分析，一款高精度多参数传感器是满足海洋调查和环境监测要求的必要设备，对于提高工作效率、扩大应用范围、降低调查成本具有至关重要的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于全波长光谱法的海水多参数传感器，该传感器是一款可以充分利用全波长光源及检测器对多个参数(CDOM，DOC，NO3-)进行原位检测的高集成光谱传感器，集成化的设计能够有效降低系统整体的能耗，使得多个传感器采用同一耐压舱，大幅度降低成本，可为提高海洋环境监测和海洋调查能力提供技术支持，具有较高的应用价值。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于全波长光谱法的海水多参数传感器，包括外壳，外壳内设置有过滤单元、减压单元、温盐监测控制单元、检测单元、废液池和电源；所述过滤单元包括过滤器I和过滤器II；所述减压单元包括减压阀和恒流稳压泵；所述温盐监测控制单元包括通路、加热模块、电导率传感器和温控器模块，所述电导率传感器用于对所述通路内的水样进行电导率检测，所述加热模块对所述通路内的水样进行加热，所述温控器模块与所述加热模块电连接，用于对加热模块的温度进行控制；所述检测单元内设置有参比池和至少一个流通池，所述参比池和所述流通池均采用Z型流通池,所述参比池和所述流通池的一侧设置有光源，另一侧设置有光谱检测仪，所述参比池和所述流通池与所述光源之间依次还设置有石英滤镜和平行单色器，所述光谱检测仪和所述平行单色器均分别与Z型流通池两侧的光纤连接；所述外壳上设置有水密接口，所述水密接口与所述过滤器I的进样口相连，所述过滤器I的出样口依次经过所述减压阀、所述过滤器II和所述恒流稳压泵连接到所述通路的一端，所述通路的另一端通过分流器连接到所述流通池一端，所述流通池的另一端与所述废液池(6)相连；所述检测单元内还设置有数据采集处理单元，所述温控器模块、所述电导率传感器、所述光谱检测仪分别与所述数据采集处理单元电连接；所述电源为其他各部分提供电源。进一步地，所述外壳为不锈钢或钛合金铸成的双层耐压舱。进一步地，所述过滤器I从进样口到出样口依次设置有两层过滤层，依次为80目不锈钢筛网和200目不锈钢筛网。进一步地，所述过滤器II内设置有0.45μm玻璃纤维或聚醚砜滤芯。进一步地，所述通路为螺旋管。进一步地，所述光源为高强度氙灯光源。进一步地，所述温控器模块采用STM93系列温控器模块。进一步地，所述电导率传感器采用UniCond2电极电导率传感器。进一步地，所述恒压稳流泵采用小体积恒流泵或者蠕动泵。进一步地，所述水密接口与所述过滤器I的进样口之间设置有电磁阀；所述外壳端口处设置有压力传感器；所述减压阀内设置有压力传感器。本专利技术的基于全波长光谱法的海水多参数传感器，是在光谱检测的基础上，应用单一检测器实现多种参数检测的目的，由于多种参数的检测均是采用光谱检测的方法，所以大部分装置共用，能够整体降低能耗，延长水下作业时间，提高了续航能力，为系统的集成提供了可能。这样的设计使得多参数传感器集成在同一双层耐压舱内，不仅可以保证多参数光谱传感器在深海条件下正常工作，还避免了单一传感器分别设计钛合金包覆传感器外壳，有效降低了成本，同时为其他设备预留了电源和数据处理接口，可以大大拓展传感器的使用深度，并通过调压稳流装置，对样品供给流速进行精确控制，将显著提高传感器的检测精度，为海洋调研和海洋环境监测提供更准确的数据，大幅降低研发制造成本。因此，该项目具有显著的社会效益和经济效益。附图说明图1为本专利技术的传感器的结构组成示意图；图2为Z型流通池的结构示意图；上述图中：1-外壳；11-水密接口；2-过滤单元；21-过滤器I；22-过滤器II；3-减压单元；31-减压阀；32-通路I；32-恒流稳压泵；4-温盐监测控制单元；41-通路；42-温控器模块；43-电导率传感器；5-光学检测单元；51-光谱检测仪；52-参比池；53-流通池；54-石英滤镜；55-平行单色器；56-光源；57-数据采集处理单元；6-废液池；7-电源。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在对海水多参数进行检测时，为了提高多传感器使用时的续航能力，同时提高整体装置的耐压性能，本实施例将能够用光谱法进行检测的多种参数集成到同一个检测器中，使用单一全波长光源同一检测器同时测量多种参数，用以降低整体能耗，方便提高整个装置的耐压性能，扩展整个装置的应用范围。同时设计一套能够承本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于全波长光谱法的海水多参数传感器，其特征在于，包括外壳(1)，外壳(1)内设置有过滤单元(2)、减压单元(3)、温盐监测控制单元(4)、检测单元(5)、废液池(6)和电源(7)；所述过滤单元(2)包括过滤器I(21)和过滤器II(22)；所述减压单元(3)包括减压阀(31)和恒流稳压泵(32)；所述温盐监测控制单元(4)包括通路(41)、加热模块、电导率传感器(43)和温控器模块(42)，所述电导率传感器(43)用于对所述通路(41)内的水样进行电导率检测，所述加热模块对所述通路(41)内的水样进行加热，所述温控器模块(42)与所述加热模块电连接，用于对加热模块的温度进行控制；所述检测单元(5)内设置有参比池(52)和至少一个流通池(53)，所述参比池(52)和所述流通池(53)均采用Z型流通池,所述参比池(52)和所述流通池(53)的一侧设置有光源(56)，另一侧设置有光谱检测仪(51)，所述参比池(52)和所述流通池(53)与所述光源(56)之间依次还设置有石英滤镜(54)和平行单色器(55)，所述光谱检测仪(51)和所述平行单色器(55)均分别与Z型流通池两侧的光纤连接；所述外壳(1)上设置有水密接口(11)，所述水密接口(11)与所述过滤器I(21)的进样口相连，所述过滤器I(21)的出样口依次经过所述减压阀(31)、所述过滤器II(22)和所述恒流稳压泵(32)连接到所述通路(41)的一端，所述通路(41)的另一端通过分流器连接到所述流通池(53)一端，所述流通池(53)的另一端与所述废液池(6)相连；所述检测单元(5)内还设置有数据采集处理单元(57)，所述温控器模块(42)、所述电导率传感器(43)、所述光谱检测仪(51)分别与所述数据采集处理单元(57)电连接；所述电源(7)为其他各部分提供电源。...

【技术特征摘要】
1.一种基于全波长光谱法的海水多参数传感器，其特征在于，包括外壳(1)，外壳(1)内设置有过滤单元(2)、减压单元(3)、温盐监测控制单元(4)、检测单元(5)、废液池(6)和电源(7)；所述过滤单元(2)包括过滤器I(21)和过滤器II(22)；所述减压单元(3)包括减压阀(31)和恒流稳压泵(32)；所述温盐监测控制单元(4)包括通路(41)、加热模块、电导率传感器(43)和温控器模块(42)，所述电导率传感器(43)用于对所述通路(41)内的水样进行电导率检测，所述加热模块对所述通路(41)内的水样进行加热，所述温控器模块(42)与所述加热模块电连接，用于对加热模块的温度进行控制；所述检测单元(5)内设置有参比池(52)和至少一个流通池(53)，所述参比池(52)和所述流通池(53)均采用Z型流通池,所述参比池(52)和所述流通池(53)的一侧设置有光源(56)，另一侧设置有光谱检测仪(51)，所述参比池(52)和所述流通池(53)与所述光源(56)之间依次还设置有石英滤镜(54)和平行单色器(55)，所述光谱检测仪(51)和所述平行单色器(55)均分别与Z型流通池两侧的光纤连接；所述外壳(1)上设置有水密接口(11)，所述水密接口(11)与所述过滤器I(21)的进样口相连，所述过滤器I(21)的出样口依次经过所述减压阀(31)、所述过滤器II(22)和所述恒流稳压泵(32)连接到所述通路(41)的一端，所述通路(41)的另一端通过分流器连接到所述流通池(53)一端，所述流通池(53)的另一端与所述废液池(6)相连；所述检测单元(5)内还设置有数据采集处理单元(57)，所述温控器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婷，祁黎明，崔冰瑞，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37