專利名稱：深?；瘜W(xué)傳感器原位探測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及深?；瘜W(xué)傳感器原位探測(cè)系統(tǒng)，屬于深海探測(cè)機(jī)電裝備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的海洋探測(cè)大都使用采樣分析的方法觀測(cè)海水成分的變化。但在深海中采用采樣分析法一方面需耗費(fèi)大量的人力物力，同時(shí)分析數(shù)據(jù)不具有實(shí)時(shí)性，通常在獲得數(shù)據(jù)時(shí)考察船已離開作業(yè)海域，無(wú)法對(duì)有價(jià)值的信息作進(jìn)一步驗(yàn)證。此外由于樣品采集、儲(chǔ)存過(guò)程所處環(huán)境的改變，其成分難免會(huì)有不同程度上的變化。如溫度壓力變化導(dǎo)致溶解氣體的逸失，溶解氧含量變化使變價(jià)元素價(jià)態(tài)改變，過(guò)渡金屬元素的溶解—沉淀平衡隨pH變化而移動(dòng)。在深層海水的采樣過(guò)程中，這些變化是不能忽略的。因此原位探測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代深?？茖W(xué)研究的發(fā)展方向。深?；瘜W(xué)傳感器原位探測(cè)技術(shù)需要克服的問(wèn)題主要有設(shè)備的低功耗，化學(xué)電極的必要維護(hù)等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種功耗低、可攜帶多種化學(xué)傳感器，具有自維護(hù)沖洗和標(biāo)定功能、能長(zhǎng)期定點(diǎn)工作于深海環(huán)境的深?；瘜W(xué)傳感器原位探測(cè)系統(tǒng)。
深?；瘜W(xué)傳感器原位探測(cè)系統(tǒng)包括第一耐壓油囊、第二耐壓油囊、標(biāo)準(zhǔn)液囊、廢液囊、電路腔和電磁感應(yīng)式通信線圈；第一耐壓油囊內(nèi)設(shè)置有第一電磁閥、第二電磁閥和電極腔，電極腔內(nèi)安裝有電極；第二耐壓油囊內(nèi)設(shè)置有第三電磁閥、第四電磁閥、第五電磁閥和泵；電路腔內(nèi)置有電路板和電池；第一電磁閥的入口與海水進(jìn)水管連接；電極腔的入口分別與第一電磁閥的出口、第三電磁閥的出口以及第四電磁閥的出口相連；電極腔的出口分別與第二電磁閥的入口以及泵的入口連接；第二電磁閥的出口與海水相通；第三電磁閥的入口與海水相通；第四電磁閥的入口與標(biāo)準(zhǔn)液囊相連；第五電磁閥是一個(gè)兩位三通閥，它的入口與泵的出口連接，它的一個(gè)出口與海水相通，另外一個(gè)出口與廢液囊相連；電路板上的驅(qū)動(dòng)電路分別與第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、第五電磁閥、電極和泵電氣連接，電路板上的單片機(jī)控制電路與電磁感應(yīng)式通信線圈相連。
在系統(tǒng)的第一耐壓油囊和第二耐壓油囊內(nèi)分別貯滿絕緣油，以維持第一耐壓油囊、第二耐壓油囊內(nèi)壓力與海水環(huán)境壓力相同，標(biāo)準(zhǔn)液囊和廢液囊分別由彈性橡膠材料制作，以維持標(biāo)準(zhǔn)液囊內(nèi)壓力與海水環(huán)境壓力相同，廢液囊內(nèi)壓力與海水環(huán)境壓力相同，這樣可以實(shí)現(xiàn)所有電磁閥、泵和電極腔以及連接管路處在一個(gè)內(nèi)外壓大致相等的環(huán)境下。
上述系統(tǒng)中，第一耐壓油囊中的第一電磁閥和第二電磁閥是常開閥，其中，第一電磁閥是待測(cè)海水到電極腔的進(jìn)口閥，第二電磁閥是電極腔內(nèi)待測(cè)海水的排放閥；電極腔是工作腔體，電極是根據(jù)探測(cè)需要配備的化學(xué)傳感器組合與溫度傳感器的集成探頭。例如可以是由探測(cè)硫離子、pH值的兩根電化學(xué)傳感器和熱敏電阻組成的集成探頭，用于探測(cè)硫離子含量、pH值和溫度。
第二耐壓油囊中的第三電磁閥和第四電磁閥是常閉閥，其中，第三電磁閥是清洗電極腔所用海水的進(jìn)口閥；第四電磁閥是標(biāo)準(zhǔn)液的進(jìn)口閥，第二耐壓油囊中的第五電磁閥是廢液排放閥，它是一個(gè)兩位三通閥，其兩個(gè)出口分別通向海水和廢液囊，第五電磁閥斷電時(shí)原始狀態(tài)為通向海水側(cè)；泵是將待測(cè)海水、清洗海水或標(biāo)準(zhǔn)液囊中的標(biāo)準(zhǔn)液抽到電極腔的增壓泵。標(biāo)準(zhǔn)液囊存儲(chǔ)維護(hù)電極所需的標(biāo)準(zhǔn)液，廢液囊存儲(chǔ)維護(hù)電極時(shí)排放的廢液。置于電路腔里的電路板包括電極上所攜帶的傳感器的數(shù)據(jù)采集電路、單片機(jī)控制電路和驅(qū)動(dòng)所有電磁閥和泵的驅(qū)動(dòng)電路三部分。電磁感應(yīng)式通信線圈是系統(tǒng)與外界進(jìn)行非接觸式通訊的電磁感應(yīng)式通訊裝置。系統(tǒng)探測(cè)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單片機(jī)控制電路的存儲(chǔ)卡中，存儲(chǔ)卡中的數(shù)據(jù)可在將系統(tǒng)取上岸后用專用讀卡器讀出，也可在海底工作的同時(shí)通過(guò)與潛器上的電磁感應(yīng)式通訊裝置進(jìn)行低速的命令接受或數(shù)據(jù)讀取。
本發(fā)明的深?；瘜W(xué)傳感器原位探測(cè)系統(tǒng)有4個(gè)工作狀態(tài)采樣、待機(jī)、沖洗和標(biāo)定。
采樣時(shí)各閥處于初始狀態(tài)。開啟泵將待測(cè)海水從進(jìn)水管經(jīng)第一電磁閥抽入電極腔中，再經(jīng)第二電磁閥和第五電磁閥排至海水中。
待機(jī)時(shí)泵停機(jī)，各閥處于初始狀態(tài)。此時(shí)系統(tǒng)功耗極低，利用海水的自流，電極檢測(cè)電極腔內(nèi)的待測(cè)海水的化學(xué)量與溫度，并將探測(cè)所得數(shù)據(jù)保存。
沖洗時(shí)開啟泵，關(guān)閉第一電磁閥、第二電磁閥，開啟第三電磁閥，第四電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，第五電磁閥處于斷電狀態(tài)，海水側(cè)導(dǎo)通。遠(yuǎn)處較潔凈海水通過(guò)第三電磁閥，經(jīng)泵抽入電極腔中，對(duì)電極進(jìn)行自維護(hù)沖洗，沖洗液經(jīng)第五電磁閥排放至海水中。
標(biāo)定時(shí)開啟泵，關(guān)閉第一電磁閥、第二電磁閥和第三電磁閥，開啟第四電磁閥，第五電磁閥處于通電狀態(tài)，廢液囊側(cè)導(dǎo)通。標(biāo)準(zhǔn)液通過(guò)第四電磁閥，經(jīng)泵抽入電極腔中，對(duì)電極進(jìn)行自維護(hù)標(biāo)定，廢液經(jīng)第五電磁閥排放至廢液囊中。
系統(tǒng)放入待測(cè)海水環(huán)境后，首先進(jìn)入采樣狀態(tài)，更新電極腔中的待測(cè)海水。采樣完畢，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，以降低系統(tǒng)的功耗，此時(shí)電極腔內(nèi)的海水依靠海水的自流來(lái)更新，因管路阻力的影響流動(dòng)較緩慢，間隔一段時(shí)間后需重復(fù)采樣狀態(tài)，再次更新電極腔內(nèi)的待測(cè)海水。經(jīng)“采樣→待機(jī)→采樣→待機(jī)......”多次循環(huán)后，電極中的化學(xué)傳感器因時(shí)間關(guān)系開始逐漸失效，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入沖洗狀態(tài)，用較潔凈的海水沖洗化學(xué)傳感器，沖洗一段時(shí)間后進(jìn)入標(biāo)定狀態(tài)，用儲(chǔ)藏在標(biāo)準(zhǔn)液囊中的標(biāo)準(zhǔn)液沖洗化學(xué)傳感器，達(dá)到標(biāo)定電極的效果。標(biāo)定完成后再重復(fù)“采樣→待機(jī)→采樣→待機(jī)......”的循環(huán)，直到下一次的標(biāo)定。
本發(fā)明的有益效果在于深?；瘜W(xué)傳感器原位探測(cè)系統(tǒng)的功耗低、根據(jù)測(cè)量需要可攜帶多種化學(xué)傳感器，除了具有數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)記錄，數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能外，且具有自維護(hù)沖洗和自維護(hù)標(biāo)定功能、采用原位探測(cè)技術(shù)，探測(cè)數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性，并且探測(cè)得到的大量數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在自帶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器上，能長(zhǎng)期定點(diǎn)工作于深海環(huán)境。


圖1是本發(fā)明的深?；瘜W(xué)傳感器原位探測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；圖2是本發(fā)明的工作狀態(tài)流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
參照?qǐng)D1，深?；瘜W(xué)傳感器原位探測(cè)系統(tǒng)包括第一耐壓油囊1、第二耐壓油囊2、標(biāo)準(zhǔn)液囊3、廢液囊4、電路腔5和電磁感應(yīng)式通信線圈6；第一耐壓油囊1內(nèi)設(shè)置有第一電磁閥8、第二電磁閥11和電極腔9，電極腔9內(nèi)安裝有電極10；第二耐壓油囊2內(nèi)設(shè)置有第三電磁閥12、第四電磁閥13、第五電磁閥15和泵14；電路腔5內(nèi)置有電路板16和電池17；第一電磁閥8的入口與海水進(jìn)水管7連接；電極腔9的入口分別與第一電磁閥8的出口、第三電磁閥12的出口以及第四電磁閥13的出口相連；電極腔9的出口分別與第二電磁閥11的入口以及泵14的入口連接；第二電磁閥11的出口與海水相通；第三電磁閥12的入口與海水相通；第四電磁閥13的入口與標(biāo)準(zhǔn)液囊3相連；第五電磁閥15是一個(gè)兩位三通閥，它的入口與泵14的出口連接，它的一個(gè)出口與海水相通，另外一個(gè)出口與廢液囊4相連；電路板16分別與第一電磁閥8、第二電磁閥11、第三電磁閥12、第四電磁閥13、第五電磁閥15、電極10和泵14電氣連接，電磁感應(yīng)式通信線圈是由兩個(gè)耦合線圈a、b構(gòu)成，線圈a與電路板16相連，線圈b接潛器。
上述的第一耐壓油囊1和第二耐壓油囊2分別貯滿絕緣油，絕緣油通常可以采用絕緣硅油。標(biāo)準(zhǔn)液囊3和廢液囊4分別由彈性橡膠制作而成。
系統(tǒng)有4個(gè)工作狀態(tài)采樣、待機(jī)、沖洗和標(biāo)定。其工作狀態(tài)流程參見(jiàn)圖2采樣時(shí)各閥處于初始狀態(tài)。開啟泵14將待測(cè)海水從進(jìn)水管7經(jīng)第一電磁閥8抽入電極腔9中，再經(jīng)第二電磁閥11和第五電磁閥15排至海水中。用待測(cè)海水更新電極腔內(nèi)的海水。
待機(jī)時(shí)泵14停機(jī)，各閥處于初始狀態(tài)。此時(shí)系統(tǒng)功耗極低，利用海水的自流，電極10檢測(cè)電極腔9內(nèi)的待測(cè)海水的化學(xué)量與溫度，對(duì)電極腔內(nèi)的海水進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將探測(cè)所得數(shù)據(jù)保存。
沖洗時(shí)開啟泵14，關(guān)閉第一電磁閥8、第二電磁閥11和第四電磁閥13，開啟第三電磁閥12，第五電磁閥15處于斷電狀態(tài)，海水側(cè)導(dǎo)通。距離待測(cè)海水較遠(yuǎn)處的潔凈海水通過(guò)第三電磁閥12，經(jīng)泵14抽入電極腔9中，對(duì)電極10進(jìn)行沖洗，沖洗液經(jīng)第五電磁閥15排放至海水中。
標(biāo)定時(shí)開啟泵14，關(guān)閉第一電磁閥8、第二電磁閥11和第三電磁閥12，開啟第四電磁閥13，第五電磁閥15處于通電狀態(tài)，廢液囊側(cè)導(dǎo)通。存儲(chǔ)在標(biāo)準(zhǔn)液囊中的標(biāo)準(zhǔn)液通過(guò)第四電磁閥13，經(jīng)泵14抽入電極腔9中，對(duì)電極10進(jìn)行標(biāo)定，廢液經(jīng)第五電磁閥15排放至廢液囊4中。
系統(tǒng)放入待測(cè)海水環(huán)境后，首先進(jìn)入采樣狀態(tài)，更新電極腔9中的待測(cè)海水。大約幾分鐘的采樣狀態(tài)后，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，以降低系統(tǒng)的功耗，此時(shí)電極腔9內(nèi)的海水依靠海水的自流來(lái)更新，因管路阻力的影響流動(dòng)較緩慢，間隔一段時(shí)間后需重復(fù)采樣狀態(tài)，再次更新電極腔內(nèi)的待測(cè)海水。經(jīng)“采樣→待機(jī)→采樣→待機(jī)......”多次循環(huán)后，電極中的化學(xué)傳感器因時(shí)間關(guān)系開始逐漸失效，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入沖洗狀態(tài)，用較潔凈的海水沖洗化學(xué)傳感器，沖洗一段時(shí)間后進(jìn)入標(biāo)定狀態(tài)，用儲(chǔ)藏在標(biāo)準(zhǔn)液囊中的標(biāo)準(zhǔn)液沖洗化學(xué)傳感器，達(dá)到標(biāo)定電極的效果。標(biāo)定完成后再重復(fù)“采樣→待機(jī)→采樣→待機(jī)......”的循環(huán)，直到下一次的標(biāo)定。
權(quán)利要求
1.深?；瘜W(xué)傳感器原位探測(cè)系統(tǒng)，其特征是包括第一耐壓油囊(1)、第二耐壓油囊(2)、標(biāo)準(zhǔn)液囊(3)、廢液囊(4)、電路腔(5)和電磁感應(yīng)式通信線圈(6)；第一耐壓油囊(1)內(nèi)設(shè)置有第一電磁閥(8)、第二電磁閥(11)和電極腔(9)，電極腔(9)內(nèi)安裝有電極(10)；第二耐壓油囊(2)內(nèi)設(shè)置有第三電磁閥(12)、第四電磁閥(13)、第五電磁閥(15)和泵(14)；電路腔(5)內(nèi)置有電路板(16)和電池(17)；第一電磁閥(8)的入口與海水進(jìn)水管(7)連接；電極腔(9)的入口分別與第一電磁閥(8)的出口、第三電磁閥(12)的出口以及第四電磁閥(13)的出口相連；電極腔(9)的出口分別與第二電磁閥(11)的入口以及泵(14)的入口連接；第二電磁閥(11)的出口與海水相通；第三電磁閥(12)的入口與海水相通；第四電磁閥(13)的入口與標(biāo)準(zhǔn)液囊(3)相連；第五電磁閥(15)是一個(gè)兩位三通閥，它的入口與泵(14)的出口連接，它的一個(gè)出口與海水相通，另外一個(gè)出口與廢液囊(4)相連；電路板(16)上的驅(qū)動(dòng)電路分別與第一電磁閥(8)、第二電磁閥(11)、第三電磁閥(12)、第四電磁閥(13)、第五電磁閥(15)、電極(10)和泵(14)電氣連接，電路板(16)上的單片機(jī)控制電路與電磁感應(yīng)式通信線圈(6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深?；瘜W(xué)傳感器原位探測(cè)系統(tǒng)，其特征是第一耐壓油囊(1)內(nèi)貯滿絕緣油。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海化學(xué)傳感器原位探測(cè)系統(tǒng)，其特征是第二耐壓油囊(2)內(nèi)貯滿絕緣油。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深?；瘜W(xué)傳感器原位探測(cè)系統(tǒng)，其特征是標(biāo)準(zhǔn)液囊(3)由彈性橡膠制作而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深?；瘜W(xué)傳感器原位探測(cè)系統(tǒng)，其特征是廢液囊(4)由彈性橡膠制作而成。
全文摘要
本發(fā)明的深?；瘜W(xué)傳感器原位探測(cè)系統(tǒng)包括第一耐壓油囊、第二耐壓油囊、標(biāo)準(zhǔn)液囊、廢液囊、電路腔和電磁感應(yīng)式通信線圈；該系統(tǒng)有采樣、待機(jī)、沖洗和標(biāo)定4個(gè)工作狀態(tài)。根據(jù)測(cè)量需要可攜帶多種化學(xué)傳感器，且具有對(duì)化學(xué)傳感器進(jìn)行自維護(hù)沖洗和自維護(hù)標(biāo)定的功能、功耗低，具有數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)記錄，數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能，采用原位探測(cè)技術(shù)，探測(cè)數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性，并且探測(cè)得到的大量數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在自帶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器上，能長(zhǎng)期定點(diǎn)工作于深海環(huán)境。
文檔編號(hào)G01N33/18GK1828283SQ20061005025
公開日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2006年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月7日
發(fā)明者陳鷹, 金波, 楊燦軍, 周勇, 吳懷超, 顧臨怡 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)