海水原位光学测量装置的制作方法

本申请属于海水测量，尤其涉及一种海水原位光学测量装置。

背景技术：

1、在现有技术中，对海水生物化学要素的测量，针对不同的测量对象有多种测量方法，例如：分光光度法、实验荧光法、溴化滴定法、荧光分光法、重量法、实验室化学浓缩吸附法等等，但是这些测量方法大都需要在实验室内人工完成，操作繁琐、测量周期长，耗费大量的人力、物力资源。

2、目前现有的自动测量设备大部分都是基于分光光度法、荧光分光光度法等实验室分析方法，通过优化反应流程，将化学反应过程在仪器装置上进行实现。这些测量装置无法摆脱化学试剂参与，需要定期更换化学试剂，结构复杂，不能实现长期、连续原位在线监测。

3、因此，亟需提供一种能在现场对海水生物化学要素进行长期、连续、实时测量的海水原位测量装置。

技术实现思路

1、本申请提供一种海水原位光学测量装置，以解决现有技术不能在现场对海水生物化学要素进行长期、连续、实时测量的问题。该装置基于被测物质在特定波长的吸收特性，建立被测物质浓度与吸光值的拟合关系，从而得到被测物质浓度，通过选择所需测量的光学波段，实现对海水中多种生物、化学要素的定性或定量分析。该装置最突出的特点是无需化学试剂参与，直接进行光学测量，测量实时、简便、快速、准确，同时避免了对海洋环境的二次污染，特别适用于海水现场长期、连续的在线监测。

2、本申请提供的海水原位光学测量装置包括壳体、光源机构和光学检测机构，所述壳体的外表面开设有凹槽以形成光学流通池，所述凹槽的两个相对的槽壁上分别开设有第一通孔和第二通孔；所述光源机构包括光源和透明的第一玻璃，所述第一玻璃覆盖在所述第一通孔处，所述光源设置在所述壳体内并位于所述第一玻璃远离所述凹槽的一侧；所述光学检测机构包括光谱仪和透明的第二玻璃，所述第二玻璃覆盖在所述第二通孔处，所述光谱仪设置在所述壳体内并位于所述第二玻璃远离所述凹槽的一侧。

3、可选的，所述光源机构还包括第一准直镜，所述第一准直镜位于所述光源与所述第一玻璃之间，所述第一准直镜用于将所述光源发出的光准直后射向所述光学检测机构；所述光学检测机构还包括第二准直镜，所述第二准直镜位于所述光谱仪与所述第二玻璃之间，所述第二准直镜用于将接受到的光准直后射向所述光谱仪。

4、可选的，所述光源机构还包括第一密封圈和第一密封件，所述第一密封圈设置在所述第一通孔内并位于所述第一玻璃靠近所述第一准直镜的一侧，所述第一密封件位于所述第一准直镜与所述第一密封圈之间；所述第一密封件具有供所述光源发出的光穿过的第一光通道，所述第一密封件的一端连接所述第一通孔的内表面并压紧所述第一密封圈，所述第一密封件的另一端连接所述第一准直镜的一端，所述第一准直镜的另一端连接所述光源。

5、可选的，所述第一光通道的外表面设有第一外螺纹，所述第一通孔的内表面设有第一内螺纹，所述第一内螺纹与所述第一外螺纹螺纹连接，所述第一密封件远离所述第一密封圈的一端与所述第一准直镜的一端螺纹连接，所述第一准直镜的另一端与所述光源螺纹连接。

6、可选的，所述光学检测机构还包括第二密封圈和第二密封件，所述第二密封圈设置在所述第二通孔内并位于所述第二玻璃靠近所述第二准直镜的一侧，所述第二密封件位于所述第二准直镜与所述第二密封圈之间；所述第二密封件具有供所述光源发出的光穿过的第二光通道，所述第二密封件的一端连接所述第二通孔的内表面并压紧所述第二密封圈，所述第二密封件的另一端连接所述第二准直镜的一端，所述第二准直镜的另一端连接所述光谱仪。

7、可选的，所述第二光通道的外表面设有第二外螺纹，所述第二通孔的内表面设有第二内螺纹，所述第二内螺纹与所述第二外螺纹螺纹连接，所述第二密封件远离所述第二密封圈的一端与所述第二准直镜的一端螺纹连接，所述第二准直镜的另一端与所述光谱仪螺纹连接。

8、可选的，所述海水原位光学测量装置还包括清洁机构，所述清洁机构包括驱动件和清洁刷，所述清洁刷设置在所述凹槽中，所述驱动件安装在所述壳体内；所述驱动件的输出端连接所述清洁刷，并能驱动所述清洁刷在第一位置和第二位置之间往复运动，所述清洁刷在所述第一位置和所述第二位置之间运动时刷洗所述第一玻璃和所述第二玻璃的外表面。

9、可选的，所述驱动件为舵机或步进电机，所述舵机或所述步进电机的转轴连接有刷架，所述清洁刷安装在所述刷架上，所述舵机或所述步进电机能驱动所述刷架转动，以带动所述清洁刷在所述第一位置和所述第二位置之间往复运动。

10、可选的，所述驱动件为电动推杆，所述电动推杆的推杆连接有刷架，所述清洁刷安装在所述刷架上，所述电动推杆能驱动所述刷架移动，以带动所述清洁刷在所述第一位置和所述第二位置之间往复运动。

11、可选的，所述刷架包括主体部和配合部，所述配合部与所述主体部可拆卸地连接，所述清洁刷夹持在所述主体部与所述配合部之间。

12、可选的，所述凹槽的槽壁上还开设有第三通孔，所述清洁机构还包括安装架和第三密封圈，所述安装架与所述第三通孔的内表面螺纹连接，所述第三密封圈设置在所述安装架与所述第三通孔的内表面之间，所述驱动件固定在所述安装架上。

13、可选的，所述驱动件和所述清洁刷的数量均为一个，所述清洁刷包括第一清洁面和第二清洁面，所述第二清洁面与所述第一清洁面相对设置，所述第一清洁面用于刷洗所述第一玻璃，所述第二清洁面用于刷洗所述第二玻璃。

14、可选的，所述壳体包括第一壳体、第二壳体和第三壳体，所述第二壳体位于所述第一壳体与所述第三壳体之间，所述第一壳体和所述第三壳体分别与所述第二壳体可拆卸地密封连接；所述凹槽开设在所述第二壳体上，所述光谱仪和所述光源分别设置在所述第一壳体和所述第三壳体内。

15、可选的，所述光源发出的光波长范围和所述光谱仪的检测波长范围均为190nm~1100nm。

16、本申请至少具有以下有益技术效果：

17、本申请提供的海水原位光学测量装置，其光学流通池为完全开放式设计，光源机构的第一玻璃和光学检测机构的第二玻璃均直接接触现场海水，光学流通池区域水体流动性好，交换充分，藻类、悬浮沙等干扰光学测量的物质不易存留，在原位长期光学高频测量时更能快速准确地反映水体物质的变化趋势。

18、光学流通池内安装自动清洁刷，可定期和每次测量前同时对第一玻璃和第二玻璃窗口进行刷洗，保证原位测量池在各种水下环境的长期可靠使用，保证在线测量的准确性和重现性。

19、本海水原位光学测量装置的光源发出的光波长范围和光谱仪的检测波长范围均为190nm~1100nm，涉及紫外光谱、可见光谱、近红外光谱，通过选择所需测量的光学波段，可以分析海水中的多种生物化学要素，包括但不限于硝酸盐、亚硝酸盐、硫化物、碘化物、溴化物、cod、cdom等，成本低，测量效率高。

技术特征：

1.一种海水原位光学测量装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的海水原位光学测量装置，其特征在于，所述光源机构还包括第一准直镜(23)，所述第一准直镜(23)位于所述光源(21)与所述第一玻璃(22)之间，所述第一准直镜(23)用于将所述光源(21)发出的光准直后射向所述光学检测机构；

3.根据权利要求2所述的海水原位光学测量装置，其特征在于，所述光源机构还包括第一密封圈(24)和第一密封件(25)，所述第一密封圈(24)设置在所述第一通孔内并位于所述第一玻璃(22)靠近所述第一准直镜(23)的一侧，所述第一密封件(25)位于所述第一准直镜(23)与所述第一密封圈(24)之间，所述第一密封件(25)具有供所述光源(21)发出的光穿过的第一光通道，所述第一密封件(25)的一端连接所述第一通孔的内表面并压紧所述第一密封圈(24)，所述第一密封件(25)的另一端连接所述第一准直镜(23)的一端，所述第一准直镜(23)的另一端连接所述光源(21)；

4.根据权利要求3所述的海水原位光学测量装置，其特征在于，所述第一光通道的外表面设有第一外螺纹，所述第一通孔的内表面设有第一内螺纹，所述第一内螺纹与所述第一外螺纹螺纹连接，所述第一密封件(25)远离所述第一密封圈(24)的一端与所述第一准直镜(23)的一端螺纹连接，所述第一准直镜(23)的另一端与所述光源(21)螺纹连接；

5.根据权利要求1所述的海水原位光学测量装置，其特征在于，所述海水原位光学测量装置还包括清洁机构，所述清洁机构包括驱动件(41)和清洁刷(42)，所述清洁刷(42)设置在所述凹槽(11)中，所述驱动件(41)安装在所述壳体(10)内；

6.根据权利要求5所述的海水原位光学测量装置，其特征在于，所述驱动件(41)为舵机或步进电机，所述舵机或所述步进电机的转轴连接有刷架(43)，所述清洁刷(42)安装在所述刷架(43)上，所述舵机或所述步进电机能驱动所述刷架(43)转动，以带动所述清洁刷(42)在所述第一位置和所述第二位置之间往复运动；

7.根据权利要求6所述的海水原位光学测量装置，其特征在于，所述刷架(43)包括主体部(431)和配合部(432)，所述配合部(432)与所述主体部(431)可拆卸地连接，所述清洁刷(42)夹持在所述主体部(431)与所述配合部(432)之间。

8.根据权利要求5~7任一项所述的海水原位光学测量装置，其特征在于，所述凹槽(11)的槽壁上还开设有第三通孔(13)，所述清洁机构还包括安装架(44)和第三密封圈(45)，所述安装架(44)与所述第三通孔(13)的内表面螺纹连接，所述第三密封圈(45)设置在所述安装架(44)与所述第三通孔(13)的内表面之间；所述驱动件(41)固定在所述安装架(44)上，所述驱动件(41)的输出端穿出所述第三通孔(13)与所述清洁刷(42)连接。

9.根据权利要求5~7任一项所述的海水原位光学测量装置，其特征在于，所述驱动件(41)和所述清洁刷(42)的数量均为一个，所述清洁刷(42)包括第一清洁面(421)和第二清洁面(422)，所述第二清洁面(422)与所述第一清洁面(421)相对设置，所述第一清洁面(421)用于刷洗所述第一玻璃(22)，所述第二清洁面(422)用于刷洗所述第二玻璃(32)。

10.根据权利要求1~7任一项所述的海水原位光学测量装置，其特征在于，所述壳体(10)包括第一壳体(14)、第二壳体(15)和第三壳体(16)，所述第二壳体(15)位于所述第一壳体(14)与所述第三壳体(16)之间，所述第一壳体(14)和所述第三壳体(16)分别与所述第二壳体(15)可拆卸地密封连接，所述凹槽(11)开设在所述第二壳体(15)上，所述光谱仪(31)和所述光源(21)分别设置在所述第一壳体(14)和所述第三壳体(16)内；

技术总结
本申请提供一种海水原位光学测量装置，该海水原位光学测量装置包括壳体、光源机构和光学检测机构，壳体的外表面开设有凹槽以形成光学流通池，凹槽的两个相对的槽壁上分别开设有第一通孔和第二通孔；光源机构包括光源和透明的第一玻璃，第一玻璃覆盖在第一通孔处，光源设置在壳体内并位于第一玻璃远离凹槽的一侧；光学检测机构包括光谱仪和透明的第二玻璃，第二玻璃覆盖在第二通孔处，光谱仪设置在壳体内并位于第二玻璃远离凹槽的一侧。本申请的海水原位光学测量装置基于光谱吸收法测量原理，测量简单快速，无需化学试剂，可长期原位置于现场海水中进行长期、连续在线监测，实现对海水生物化学要素定性或定量分析节约了人力物力，提高了测量效率。

技术研发人员：王宁,杨鹏程,程长阔,李燕,任永琴
受保护的技术使用者：国家海洋技术中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11