一种高精度海洋原位浊度监测仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高精度海洋原位浊度监测仪，采用耐海水腐蚀材料外壳，调制解调微弱电流信号放大和低功耗系统电路设计，一节电池工作3个月以上，具备数据实时传输和水下自容存储两种工作模式，最大工作水深3000m，可实现海洋、深水湖泊等多种水体浊度的船载垂直剖面调查和水平拖曳测定，并可集成到多参数系统、海洋浮标/潜标、海底观测网等第三方平台进行长期原位监测。
【专利说明】一种高精度海洋原位浊度监测仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及海洋环境原位监测领域，具体涉及一种高精度海洋原位浊度监测仪。
【背景技术】
[0002]浊度表示水的浑浊程度，水的浊度由泥沙、粘土、藻类及其他微生物、不溶性无机物和有机物等微粒悬浮物质阻碍光线透过水层引起，即通过水体的部分光线会被吸收和散射。水的浑浊度越高，反射光和散射光就越强，而透射光就越弱；反之，水的浊度越低，反射光和散射光就越弱，而透射光就越强。因此，测定散射光与透射光强度变化，就可以测得水的浊度。
[0003]目前实验室多使用光学仪器测量浊度。光学浊度测量仪按原理主要分三种类型:光透射型、光散射型和透射/散射比型(积分球浊度)，其中光散射型性能稳定，应用最为广泛。通过测定90度位置散射光强度，确定样品浊度值。国际现行标准IS07027 (90° ±2.5°散射光)和USEPA180.1 (90° ±30°散射光)均采用此种方法。
[0004]当前国内外厂商已经开发出多种型号的实验室台式、野外便携手持式和工业现场在线监测浊度仪，广泛应用于实验室检测、饮用水处理、工业过程和产品生产、锅炉用水、污水处理、环保监测等领域。然而现有技术多为室内或浅水使用，工作水深一般几十米到上百米，且需要外部电源或续航能力有限。难以满足海洋监测对传感器较高的耐压、耐高盐度腐蚀能力和较高精度要求，且海上调查存在长期连续监测仪器供电、原位数据获取等诸多问题。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术的缺陷，本发明提供一种高精度海洋原位浊度监测仪，采用耐海水腐蚀材料外壳，调制解调微弱电流信号放大系统和低功耗设计，一节电池工作3个月以上，具有便携式自存储和实时传输功能，可实现海洋、深水湖泊等多种水体浊度的船载垂直剖面调查和水平拖曳测定，并可集成到多参数系统、海洋浮标/潜标、海底观测网等第三方平台进行长期原位监测。
[0006]为解决上述问题，本发明采用如下技术方案:一种高精度海洋原位浊度监测仪，其特征在于，包括以下部分:
[0007](I)红外激发光源，所述红外激发光源以45°角照射水样，由脉冲电流驱动周期性发光；
[0008](2)光学接收系统，所述光学接收系统由收光挡板、红外滤光片和光电感应器组成，与激发光源呈90°角，用于接收入射散射光；
[0009](3)电源管理模块，所述电源管理模块用于整个系统电源管理，实现脉冲激发光源驱动，并为仪器信号采集、转换、调理、储存、通讯功能的实现提供电源；
[0010](4)模拟电路模块，所述模拟电路模块采用激发光调制和开关检波同步解调微弱电流放大电路系统，实现微弱光电信号采集和调理，包括电流/电压转换、带通滤波、交流放大、开关滤波和低通滤波；
[0011](5)数字电路模块，所述数字电路模块采用低功耗微处理器和外部电路优化设计，实现模拟信号对数字信号的转换、数据存储和通讯控制；
[0012](6)耐高压密封舱，所述耐高压密封舱使用POM工程塑料加工制成，底部连接六芯水密接插件进行通讯，耐压设计为30MPa，可承受0-3000m水深压力。
[0013]进一步,所述红外激发光源为直插式球形发光二极管(Light Emitting Diode,LED)，峰值波长850nm-880nm，半强度角0 1/2 = 6°，光辐射强度80mW/sr。
[0014]进一步，所述激发光源和光学接收系统采用光学透明环氧树脂胶灌封。
[0015]进一步，所述激发光源座和光学接收系统的收光挡板中间开孔，用于控制通过光强大小，可以选择合适的开孔大小，改变仪器的检测范围和灵敏度。
[0016]进一步，系统具有正常工作模式和低功耗休眠模式两种状态，可以降低间断工作功耗。
[0017]进一步，内部具有原位数据存储功能，可连接电缆进行数据实时传输和水下自容式存储工作。
[0018]进一步，内部可存储40万组以上数据。
[0019]本发明的有益效果是:采用耐海水腐蚀材料外壳和低功耗设计，一节电池工作3个月以上，检测精度高，具有便携式自存储和实时传输功能，可实现海洋、深水湖泊等多种水体浊度的船载垂直剖面调查和水平拖曳测定，并可集成到多参数系统、海洋浮标/潜标、海底观测网等第三方平台进行长期原位监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明的机械结构剖面示意图；
[0021]图2是本发明的外观尺寸示意图；
[0022]图3是本发明的性能标定曲线。
[0023]图1-3中，1.端盖，2.耐高压密封舱，3.水密接插件，4.光电感应器，5.红外滤光片，6.收光挡板，7.发光管座，8.红外LED光源，9.模拟电路模块，10.数字电路模块，11.电源管理模块，12.底盖，13.光学检测敏感区。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0025]如图1、图2所示一种高精度海洋原位浊度监测仪，整体结构为圆柱体形，长114mm，外径64mm，顶部为端盖I (包括激发光源和检测窗口 )，中间为耐高压密封舱2、底盖
12通过316螺栓与耐高压密封舱2连接，底部六芯水密接插件3用于电气通讯。
[0026]检测窗口位于仪器顶部，如图1所示，端盖I顶部有两个互成90°角的圆形孔槽，分别安装红外激发光源和光学接收系统，所述光学接收系统由光电感应器4、红外滤光片5和收光挡板6组成，所述红外LED光源8，由发光管座7固定，端盖I底部有2个引线孔，光电感应器4和红外LED光源8分别通过两芯屏蔽导线与壳体内部电路板相连。红外LED光源8产生光线经散射后，进入光学接收系统，经收光挡板6光阑控制和红外滤光片5选择性透过，最后由光电感应器4接收，实现光电信号转换。光学感应区13为可接收入射散射光的检测敏感区域，改变收光挡板6和发光管座7的开孔大小，可以改变激发光和有效散射光强度，光学检测敏感区13的大小随之变化，一定程度上可以影响仪器的检测范围和灵敏度。
[0027]模拟电路模块9通过3个六角铜柱连接到端盖I底部，并依此通过六角铜柱连接数字电路模块10和电源管理模块11，三块电路模块之间由板上接插件实现电路连接。光电感应器4通过两芯屏蔽线连接到模拟电路模块9，实现光电信号采集，红外激发光源8与电源管理模块11连接，驱动LED脉冲发光。
[0028]所述耐高压密封舱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连接到电源管理模块11，进行外部供电，并以RS-232通讯方式与PC机或数据采集系统连接获取实时数据；或通过水密接插件3连接水下电池进行自主工作，数据存储于内部FLASH芯片。
[0029]传感器输出为A/D信号值，需进行校准，将信号值与样品浊度建立关系。如图3所示，经检测本发明的线性测量范围为0.01-200NTU, R2≥0.999。
[0030]显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。
【权利要求】
1.一种高精度海洋原位浊度监测仪，其特征在于，包括以下部分: (1)红外激发光源，所述红外激发光源以45°角照射水样，由脉冲电流驱动周期性发光; (2)光学接收系统，所述光学接收系统由收光挡板、红外滤光片和光电感应器组成，与激发光源呈90°角，用于接收入射散射光； (3)电源管理模块，所述电源管理模块用于整个系统电源管理，实现脉冲激发光源驱动，并为仪器信号采集、转换、调理、储存、通讯功能的实现提供电源； (4)模拟电路模块，所述模拟电路模块采用激发光调制和开关检波同步解调微弱电流放大电路系统，实现微弱光电信号采集和调理，包括电流/电压转换、带通滤波、交流放大、开关滤波和低通滤波； (5)数字电路模块，所述数字电路模块采用低功耗微处理器和外部电路优化设计，实现模拟信号对数字信号的转换、数据存储和通讯控制； (6)耐高压密封舱，所述耐高压密封舱使用POM工程塑料加工制成，底部连接六芯水密接插件进行通讯，耐压设计为30MPa，可承受0-3000m水深压力。
2.根据权利要求1所述的一种高精度海洋原位浊度监测仪，其特征在于:所述红外激发光源为直插式球形发光二极管(Light Emitting Diode, LED),峰值波长850nm-880nm,半强度角9 1/2 = 6°，光辐射强度80mW/sr。
3.根据权利要求1所述的一种高精度海洋原位浊度监测仪，其特征在于:所述激发光源和光学接收系统采用光学透明环氧树脂胶灌封。
4.根据权利要求1所述的一种高精度海洋原位浊度监测仪，其特征在于:所述激发光源座和光学接收系统的收光挡板中间开孔，用于控制通过光强大小，可以选择合适的开孔大小，改变仪器的检测范围和灵敏度。
5.根据权利要求1所述的一种高精度海洋原位浊度监测仪，其特征在于:具有正常工作模式和低功耗休眠模式两种状态，可以降低间断工作功耗。
6.根据权利要求1所述的一种高精度海洋原位浊度监测仪，其特征在于:内部具有原位数据存储功能，可连接电缆进行数据实时传输和水下自容式存储工作。
7.根据权利要求1所述的一种高精度海洋原位浊度监测仪,其特征在于:内部可存储40万组以上数据。
【文档编号】G01N21/49GK103645159SQ201310563156
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】叶树明, 蒋凯, 胡轶, 高晓辉, 罗建超 申请人:浙江大学苏州工业技术研究院