一種高精度海洋原位濁度監(jiān)測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高精度海洋原位濁度監(jiān)測儀，采用耐海水腐蝕材料外殼，調(diào)制解調(diào)微弱電流信號放大和低功耗系統(tǒng)電路設(shè)計，一節(jié)電池工作3個月以上，具備數(shù)據(jù)實時傳輸和水下自容存儲兩種工作模式，最大工作水深3000m，可實現(xiàn)海洋、深水湖泊等多種水體濁度的船載垂直剖面調(diào)查和水平拖曳測定，并可集成到多參數(shù)系統(tǒng)、海洋浮標(biāo)／潛標(biāo)、海底觀測網(wǎng)等第三方平臺進(jìn)行長期原位監(jiān)測。
【專利說明】一種高精度海洋原位濁度監(jiān)測儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及海洋環(huán)境原位監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種高精度海洋原位濁度監(jiān)測儀。
【背景技術(shù)】
[0002]濁度表示水的渾濁程度，水的濁度由泥沙、粘土、藻類及其他微生物、不溶性無機(jī)物和有機(jī)物等微粒懸浮物質(zhì)阻礙光線透過水層引起，即通過水體的部分光線會被吸收和散射。水的渾濁度越高，反射光和散射光就越強(qiáng)，而透射光就越弱；反之，水的濁度越低，反射光和散射光就越弱，而透射光就越強(qiáng)。因此，測定散射光與透射光強(qiáng)度變化，就可以測得水的濁度。
[0003]目前實驗室多使用光學(xué)儀器測量濁度。光學(xué)濁度測量儀按原理主要分三種類型:光透射型、光散射型和透射/散射比型(積分球濁度)，其中光散射型性能穩(wěn)定，應(yīng)用最為廣泛。通過測定90度位置散射光強(qiáng)度，確定樣品濁度值。國際現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)IS07027 (90° ±2.5°散射光)和USEPA180.1 (90° ±30°散射光)均采用此種方法。
[0004]當(dāng)前國內(nèi)外廠商已經(jīng)開發(fā)出多種型號的實驗室臺式、野外便攜手持式和工業(yè)現(xiàn)場在線監(jiān)測濁度儀，廣泛應(yīng)用于實驗室檢測、飲用水處理、工業(yè)過程和產(chǎn)品生產(chǎn)、鍋爐用水、污水處理、環(huán)保監(jiān)測等領(lǐng)域。然而現(xiàn)有技術(shù)多為室內(nèi)或淺水使用，工作水深一般幾十米到上百米，且需要外部電源或續(xù)航能力有限。難以滿足海洋監(jiān)測對傳感器較高的耐壓、耐高鹽度腐蝕能力和較高精度要求，且海上調(diào)查存在長期連續(xù)監(jiān)測儀器供電、原位數(shù)據(jù)獲取等諸多問題。
實用新型內(nèi)容
[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實用新型提供一種高精度海洋原位濁度監(jiān)測儀，采用耐海水腐蝕材料外殼，調(diào)制解調(diào)微弱電流信號放大系統(tǒng)和低功耗設(shè)計，一節(jié)電池工作3個月以上，具有便攜式自存儲和實時傳輸功能，可實現(xiàn)海洋、深水湖泊等多種水體濁度的船載垂直剖面調(diào)查和水平拖曳測定，并可集成到多參數(shù)系統(tǒng)、海洋浮標(biāo)/潛標(biāo)、海底觀測網(wǎng)等第三方平臺進(jìn)行長期原位監(jiān)測。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種高精度海洋原位濁度監(jiān)測儀，其特征在于，包括以下部分:
[0007](I)紅外激發(fā)光源，所述紅外激發(fā)光源以45°角照射水樣，由脈沖電流驅(qū)動周期性發(fā)光；
[0008](2)光學(xué)接收系統(tǒng)，所述光學(xué)接收系統(tǒng)由收光擋板、紅外濾光片和光電感應(yīng)器組成，與激發(fā)光源呈90°角，用于接收入射散射光；
[0009](3)電源管理模塊，所述電源管理模塊用于整個系統(tǒng)電源管理，實現(xiàn)脈沖激發(fā)光源驅(qū)動，并為儀器信號采集、轉(zhuǎn)換、調(diào)理、儲存、通訊功能的實現(xiàn)提供電源；
[0010](4)模擬電路模塊，所述模擬電路模塊采用激發(fā)光調(diào)制和開關(guān)檢波同步解調(diào)微弱電流放大電路系統(tǒng)，實現(xiàn)微弱光電信號采集和調(diào)理，包括電流/電壓轉(zhuǎn)換、帶通濾波、交流放大、開關(guān)濾波和低通濾波；
[0011](5)數(shù)字電路模塊，所述數(shù)字電路模塊采用低功耗微處理器和外部優(yōu)化電路，實現(xiàn)模擬信號對數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲和通訊控制；
[0012](6)耐高壓密封艙，所述耐高壓密封艙使用POM工程塑料加工制成，底部連接六芯水密接插件進(jìn)行通訊，耐壓設(shè)計為30MPa，可承受0-3000m水深壓力。
[0013]進(jìn)一步，所述紅外激發(fā)光源為直插式球形發(fā)光二極管LED，峰值波長850nm-880nm，半強(qiáng)度角Θ 1/2 = 6°，光輻射強(qiáng)度80mW/sr。
[0014]進(jìn)一步，所述激發(fā)光源和光學(xué)接收系統(tǒng)采用光學(xué)透明環(huán)氧樹脂膠灌封。
[0015]進(jìn)一步，所述激發(fā)光源座和光學(xué)接收系統(tǒng)的收光擋板中間開孔，用于控制通過光強(qiáng)大小，可以選擇合適的開孔大小，改變儀器的檢測范圍和靈敏度。
[0016]進(jìn)一步，系統(tǒng)具有正常工作模式和低功耗休眠模式兩種狀態(tài)，可以降低間斷工作功耗。
[0017]進(jìn)一步，內(nèi)部具有原位數(shù)據(jù)存儲功能，可連接電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)實時傳輸和水下自容式存儲工作。
[0018]進(jìn)一步，內(nèi)部可存儲40萬組以上數(shù)據(jù)。
[0019]本實用新型的有益效果是:采用耐海水腐蝕材料外殼和低功耗設(shè)計，一節(jié)電池工作3個月以上，檢測精度高，具有便攜式自存儲和實時傳輸功能，可實現(xiàn)海洋、深水湖泊等多種水體濁度的船載垂直剖面調(diào)查和水平拖曳測定，并可集成到多參數(shù)系統(tǒng)、海洋浮標(biāo)/潛標(biāo)、海底觀測網(wǎng)等第三方平臺進(jìn)行長期原位監(jiān)測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型的機(jī)械結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0021]圖2是本實用新型的外觀尺寸示意圖；
[0022]圖3是本實用新型的性能標(biāo)定曲線。
[0023]圖1-3中，1.端蓋，2.耐高壓密封艙，3.水密接插件，4.光電感應(yīng)器，5.紅外濾光片，6.收光擋板，7.發(fā)光管座，8.紅外LED光源，9.模擬電路模塊，10.數(shù)字電路模塊，11.電源管理模塊，12.底蓋，13.光學(xué)檢測敏感區(qū)。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0025]如圖1、圖2所示一種高精度海洋原位濁度監(jiān)測儀，整體結(jié)構(gòu)為圓柱體形，長114mm，外徑64mm，頂部為端蓋I (包括激發(fā)光源和檢測窗口 )，中間為耐高壓密封艙2、底蓋12通過316螺栓與耐高壓密封艙2連接，底部六芯水密接插件3用于電氣通訊。
[0026]檢測窗口位于儀器頂部，如圖1所示，端蓋I頂部有兩個互成90°角的圓形孔槽，分別安裝紅外激發(fā)光源和光學(xué)接收系統(tǒng)，所述光學(xué)接收系統(tǒng)由光電感應(yīng)器4、紅外濾光片5和收光擋板6組成，所述紅外LED光源8，由發(fā)光管座7固定，端蓋I底部有2個引線孔，光電感應(yīng)器4和紅外LED光源8分別通過兩芯屏蔽導(dǎo)線與殼體內(nèi)部電路板相連。紅外LED光源8產(chǎn)生光線經(jīng)散射后，進(jìn)入光學(xué)接收系統(tǒng)，經(jīng)收光擋板6光闌控制和紅外濾光片5選擇性透過，最后由光電感應(yīng)器4接收，實現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換。光學(xué)感應(yīng)區(qū)13為可接收入射散射光的檢測敏感區(qū)域，改變收光擋板6和發(fā)光管座7的開孔大小，可以改變激發(fā)光和有效散射光強(qiáng)度，光學(xué)檢測敏感區(qū)13的大小隨之變化，一定程度上可以影響儀器的檢測范圍和靈敏度。
[0027]模擬電路模塊9通過3個六角銅柱連接到端蓋I底部，并依此通過六角銅柱連接數(shù)字電路模塊10和電源管理模塊11，三塊電路模塊之間由板上接插件實現(xiàn)電路連接。光電感應(yīng)器4通過兩芯屏蔽線連接到模擬電路模塊9，實現(xiàn)光電信號采集，紅外激發(fā)光源8與電源管理模塊11連接，驅(qū)動LED脈沖發(fā)光。
[0028]所述耐高壓密封艙2使用POM工程塑料加工制成，底部使用深海用水密接插件3連接到電源管理模塊11，進(jìn)行外部供電，并以RS-232通訊方式與PC機(jī)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接獲取實時數(shù)據(jù)；或通過水密接插件3連接水下電池進(jìn)行自主工作，數(shù)據(jù)存儲于內(nèi)部FLASH芯片。[0029]傳感器輸出為A/D信號值，需進(jìn)行校準(zhǔn)，將信號值與樣品濁度建立關(guān)系。如圖3所示，經(jīng)檢測本發(fā)明的線性測量范圍為0.01-200NTU, R2≥0.999。
[0030]顯而易見，在不偏離本實用新型的真實精神和范圍的前提下，在此描述的本實用新型可以有許多變化。因此，所有對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的改變，都應(yīng)包括在本權(quán)利要求書所涵蓋的范圍之內(nèi)。本實用新型所要求保護(hù)的范圍僅由所述的權(quán)利要求書進(jìn)行限定。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度海洋原位濁度監(jiān)測儀，其特征在于，包括以下部分: (1)紅外激發(fā)光源，所述紅外激發(fā)光源以45°角照射水樣，由脈沖電流驅(qū)動周期性發(fā)光; (2)光學(xué)接收系統(tǒng)，所述光學(xué)接收系統(tǒng)由收光擋板、紅外濾光片和光電感應(yīng)器組成，與激發(fā)光源呈90°角，用于接收入射散射光； (3)電源管理模塊，所述電源管理模塊用于整個系統(tǒng)電源管理，實現(xiàn)脈沖激發(fā)光源驅(qū)動，并為儀器信號采集、轉(zhuǎn)換、調(diào)理、儲存、通訊功能的實現(xiàn)提供電源； (4)模擬電路模塊，所述模擬電路模塊采用激發(fā)光調(diào)制和開關(guān)檢波同步解調(diào)微弱電流放大電路系統(tǒng)，實現(xiàn)微弱光電信號采集和調(diào)理，包括電流/電壓轉(zhuǎn)換、帶通濾波、交流放大、開關(guān)濾波和低通濾波； (5)數(shù)字電路模塊，所述數(shù)字電路模塊采用低功耗微處理器和外部優(yōu)化電路，實現(xiàn)模擬信號對數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲和通訊控制； (6)耐高壓密封艙，所述耐高壓密封艙使用POM工程塑料加工制成，底部連接六芯水密接插件進(jìn)行通訊，耐壓設(shè)計為30MPa，可承受0-3000m水深壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度海洋原位濁度監(jiān)測儀，其特征在于:所述紅外激發(fā)光源為直插式球形發(fā)光二極管LED,峰值波長850nm-880nm,半強(qiáng)度角θ w = 6° ,光福射強(qiáng)度 80mW/sr。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度海洋原位濁度監(jiān)測儀，其特征在于:所述激發(fā)光源和光學(xué)接收系統(tǒng)采用光學(xué)透明環(huán)氧樹脂膠灌封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度海洋原位濁度監(jiān)測儀，其特征在于:所述激發(fā)光源座和光學(xué)接收系統(tǒng)的收光擋板中間開孔，用于控制通過光強(qiáng)大小，可以選擇合適的開孔大小，改變儀器的檢測范圍和靈敏度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度海洋原位濁度監(jiān)測儀，其特征在于:具有正常工作模式和低功耗休眠模式兩種狀態(tài)，可以降低間斷工作功耗。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度海洋原位濁度監(jiān)測儀，其特征在于:內(nèi)部具有原位數(shù)據(jù)存儲功能，可連接電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)實時傳輸和水下自容式存儲工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度海洋原位濁度監(jiān)測儀,其特征在于:內(nèi)部可存儲40萬組以上數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G01N21/49GK203688442SQ201320714246
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】葉樹明, 蔣凱, 胡軼, 高曉輝, 羅建超 申請人:浙江大學(xué)蘇州工業(yè)技術(shù)研究院