一种利用太阳能供电的环保型海洋水质集成传感器装置的制作方法

该发明涉及海洋水质监测传感器领域，尤其涉及利用清洁能源供电的环保型海洋水质监测集成传感器装置领域。

背景技术：

海水在维护生态健康、物种安全、食品安全方面的重要意义日益凸显，对海水利用、沿海旅游业、海洋渔业等海洋产业健康发展起到重要支撑作用。随着科学技术的进步，人们解决海水水质在上世纪80、90年代人类活动影响下受到的损害，维护海洋生态平衡已经从被动防御转为主动维护，积极探究新形势下影响海水安全的因素，从而更加高效、准确的解决海水污染问题，以实现海洋资源的可持续利用和海洋生态的有效保护。

现有的海洋水质监测领域中，缺乏可以在海洋环境下长期连续的对水质进行监测的集成传感器系统，是因为许多关键传感器，例如pH值传感器，容易被海洋环境下的生物及其他污染物所污染而失去作用。

另外，影响集成传感器系统寿命的另外一个重要问题就是电能问题，一般采用电池供电，系统工作时长受到很大限制，无法长期监测水质变化情况。另外，采用电池供电的集成传感器不管是更换电池还是直接废弃都会造成较大的经济损失。

技术实现要素：

本发明的目的是可以对海水进行长期连续监测的集成传感器装置，本发明通过采用自清洁pH值传感器装置，同时将传统的电池供电方式改为太阳能供电，解决限制海洋集成传感器系统应用的问题。本发明的技术方案如下：

一种利用太阳能供电的环保型海洋水质集成传感器系统，包括传感器模块、主控芯片和太阳能供电模块，其中，

传感器模块，包括pH值传感器模块、浊度传感器模块、温度传感器模块，浊度传感器利用浸入海水表面的浊度传感器采集海水的浊度信息；温度传感器模块利用温度传感器采集海水表面的温度信息；pH值传感器模块采集海水pH值，各个传感器采集的数据被送入主控芯片；

所述的pH值传感器模块包括PH计主体(1)和与其相连的电极球泡(3)，在PH计主体(1)连接有电极球泡(3)的一端设置有超声波辐射平板(4)和超声波模块(2)，超声波辐射平板(4)位于电极球泡周围，用于使得超声波模块(2)生成的超声波在电极球泡(3)表面附近形成震荡；

所述的太阳能供电模块，为整个集成传感器系统提供电能，包括太阳能电池板、充电控制电路、蓄电池和过充保护电路，太阳能电池板吸收太阳能，并将太阳能转化为电能；充电控制电路将太阳能电池板输出的电能做稳压处理，并输入蓄电池进行存储；蓄电池为集成传感器供电；过充保护电路监测到蓄电池电压达到指定数值时，充电控制电路会停止向蓄电池进行电能输送。

本发明的有益效果是提供一种自清洁pH值传感器装置，同时将传统的电池供电方式改为太阳能供电，解决限制海洋集成传感器系统应用的两大关键问题，有力海洋监测技术的产业化推广。

附图说明

图1为环保型海洋水质集成传感器系统的电路原理框图；

图2为太阳能供电模块的原理框图。

图3为自清洁pH值传感器的结构示意图；

图4为pH值传感器的局部放大示意图；

1pH值传感器主体；2超声波模块；3电极球泡；4辐射平板

具体实施方式

图1为环保型海洋水质集成传感器系统的电路原理框图，包括传感器模块、主板模块和太阳能供电模块。传感器模块包括pH值传感器模块、浊度传感器模块、温度传感器模块；主板模块包括信号放大电路、AD转换电路、存储单元、主控芯片、稳压电路；太阳能供电模块包括太阳能电池板、充电控制电路、过充保护电路、蓄电池和集成传感器。

图2为太阳能供电模块的原理框图，太阳能供电模块为整个集成传感器提供电能，太阳能电池板吸收太阳能，并将太阳能转化为电能；充电控制电路将太阳能电池板输出的电能做稳压处理，并输入蓄电池进行存储；蓄电池为集成传感器供电；过充保护电路监测到蓄电池电压达到指定数值时，充电控制电路会停止向蓄电池进行电能输送。

信号放大电路可以采集传感器模块产生的微弱信号并加以放大和滤波，输出至AD转换电路将模拟信号转换为数字信号；主控芯片接收到AD转换电路传输的数字信号后，将数据存储在存储单元中；存储单元的数据随时可供主控芯片调用。

传感器模块用来采集将海水水质参数。浊度传感器模块通过光照传感器将光照数据传回控制主板；温度传感器模块通过温度传感器将环境温度数据传回控制主板。

图3为pH值传感器模块，即pH计，的结构示意图，pH计包括pH计主体1、超声波模块2、pH计电极球泡3和超声波辐射平板4。pH计主体1内部为含饱和AgCl的3mol/L kcl缓冲溶液，pH值为7。正常情况下，待测溶液中的H离子可以通过pH计电极球泡3进入到pH计主体1内部，pH计主体1内部的电极会检测到电位变化，从而得出待测溶液的pH值。当pH计电极球泡3表面被待测溶液污染时，H离子通道会被堵塞，pH计便检测不到电位变化，即无法正确检测pH值。

本发明在pH计主体1靠近电极球泡3的位置固定有超声波模块2。超声波模块2包括超声波发生器和超声波换能器，本发明采用的辐射天线为平板天线，由两个相对的平板构成，称之为辐射平板4。超声波发生器包括振荡器、电源、放大器和匹配器。超声波发生器用来产生超声频电能，在超声波发生器中，振荡器产生一定频率的信号，放大器将其放大到一定功率输出，通过匹配器进行阻抗匹配并通过功放输出。

参见图4，超声波模块2产生超声波信号，并通过超声波辐射平板4的发射，对pH计电极球泡3表面附近的溶液进行震荡，使其球泡3表面的污染物脱离，释放H离子通道，使pH计恢复灵敏。