[发明专利]一种海洋酸化和低氧模拟装置及其控制方法

说明书

本发明涉及一种海洋酸化和低氧模拟装置及其控制方法，包括气源、空气干燥过滤减压器、备用安全电磁阀、COsubgt;2/subgt;过滤器、干燥过滤器、质量流量控制器、采集控制器、水质传感器、排气阀组。通过pH和溶氧传感器实时监测海水pH和溶氧值，采用双增量式PID控制的方式，调控空气、Nsubgt;2/subgt;、COsubgt;2/subgt;的曝气比例，以调节海水pH和溶氧水平至设定值并保持稳态。本发明可以实时监测并调整气源配比，同步控制海水的pH和溶氧含量，具有稳态精度高、动态响应好、调整时间短等优点，且在有海洋生物呼吸干扰的条件下仍可保持较高的精度。

技术领域

本发明涉及海洋环境模拟领域，具体地说是一种海洋酸化和低氧模拟装置及其控制方法。

背景技术

全球气候变化及近岸富营养化等人类活动的加剧，导致海洋酸化和低氧等现象往往同时发生。此类现象在我国近海环境中屡有报道，对海洋生物和海洋生态环境安全带来了巨大威胁。目前，多数研究采用单独酸化或低氧的方式开展相关胁迫实验，关于酸化和低氧协同影响的研究亟需开展。因此，研发能够精确模拟海洋酸化和低氧的装置可为开展可控模拟实验，探讨海洋酸化和低氧对生态系统的影响具有重要的意义。

国内外现有的海洋酸化和低氧的模拟方法，主要有：

1)经验控制法：对海水水体进行CO₂、N₂的单独曝气或联合曝气，待海水pH和溶氧稳定后，放入海洋生物进行实验；此种装置根据经验预先设定好了CO₂、N₂的曝气量，在海洋生物呼吸干扰下，溶氧和pH极不稳定；此种方法使用范围受限，实验结果难以重复。

2)电磁阀控制法：通过检测海水中pH和溶氧，使用电磁阀控制CO₂和N₂的通入，以达到设置的pH和溶氧。此种方法仅能简单控制气体的通入与否，而不能调整气体的配比，因此曝气不稳定，曝气量及曝气周期变化明显，不能进行精确控制。此外，气体的通入时有时无，对海洋生物行为产生影响，进而影响研究结果的准确性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种海洋酸化和低氧模拟装置及其控制方法，通过实时监测海水溶氧和pH并采用双增量式PID控制算法，进行水体溶氧和pH精确同步调节。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种海洋酸化和低氧模拟装置，

空气气源通过空气通路后接入到空气质量流量控制器6的输入端，空气质量流量控制器6的输出端连接到排气电磁阀12，将流量控制后的空气与氮气、二氧化碳气体混合；

经过减压后的氮气通入到氮气质量流量控制器7的输入端，氮气质量流量控制器7的输出端连接到排气电磁阀12，将流量控制后的氮气与空气、二氧化碳气体混合；

经过减压后的二氧化碳气体通入到二氧化碳质量流量控制器8的输入端，二氧化碳质量流量控制器8的输出端连接到排气电磁阀12，将流量控制后的二氧化碳气体与空气、氮气混合；

排气电磁阀12连通曝气阀组13，控制混合后的气体通入曝气阀组13，曝气阀组13与曝气环14连通，使气体通过曝气环14对水体进行曝气；

采集控制器9连接溶氧测量传感器10和pH测量传感器11，采集溶解氧信息和pH值信息；采集控制器9连接空气质量流量控制器6、氮气质量流量控制器7、二氧化碳质量流量控制器8、空气通路和排气电磁阀12，对其发送控制信号，并同时采集空气质量流量控制器6、氮气质量流量控制器7和二氧化碳质量流量控制器8的反馈信号，检测装置工作状态。

所述空气通路包括空气干燥过滤减压器1通过电磁阀3连接到干燥过滤器5的输入端，空气气源通过空气干燥过滤减压器1进行干燥及颗粒过滤，并对压力进行调整后将气体通过电磁阀3后进入干燥过滤器5。