[实用新型]一种非接触式海洋溶解高温气体监测仪

说明书

本实用新型属于海洋光学探测领域，提供了一种非接触式海洋溶解高温气体监测仪，旨在解决现有接触式原位探测技术无法适用于深海长期监测的技术问题。本实用新型通过前置光学系统对高温气体目标的辐射光线进行收集，利用窄带干涉滤光片将对不同波长的谱线进行分离，然后经成像透镜成像于探测器上，形成干涉条纹，通过获取的干涉条纹即可计算出高温气体的浓度、温度和压强，整个监测过程无需携带主动光源、能耗低，且为非接触式测量，寿命长，适用于海洋溶解高温气体的长期监测，可为热液的物质通量和热通量研究提供重要依据。

技术领域

本实用新型属于海洋光学探测领域，涉及一种海洋溶解高温气体监测仪。

背景技术

海洋活动(热液)释放的高温气体(甲烷、硫化氢、二氧化碳)经扩散作用先后进入海洋和大气，并对地球物理、化学和生物方面产生深刻影响。由于探测手段的限制和溶解高温气体(甲烷、硫化氢、二氧化碳)数据的缺乏，导致人们对热液的活动机制和环境效应还缺乏足够的认识。可用于溶解气体探测的技术主要为原位探测法和实验室测量法。较之实验室测量法，原位探测法不需要考虑样品保真的问题，可以获取更为准确、连续、实时的数据。

目前，对于海洋溶解高温气体(甲烷、硫化氢、二氧化碳)的原位探测法主要有以下几种方式：

1.基于膜脱气技术的探测法

该技术是利用渗透膜对海水进行气液分离后，将高温气体引入检测腔，然后对扩散在腔内的气体进行测量。该技术的缺点是渗透膜分离气体的能力受海水温度、压力和气体浓度影响较大，且渗透膜的结构和材料对探测结果影响较大。另外渗透膜对气体的选择性较差，误差较大。由于需要进样采样，渗透膜的使用寿命较短，且其适应温度不超过50°。

基于该技术的传感器依据测量原理的不同可以分为半导体气敏传感器、红外吸收光谱传感器和水下原位质谱仪三类。半导体气敏传感器的测量原理是：利用高温气体与半导体的氧化反应导致半导体电阻下降，根据探头的电压信号变化判断渗透到半透膜内侧的高温气体浓度。红外吸收光谱传感器的测量原理是：每一种高温气体都有特有的吸收光谱，当光源波长与高温气体的吸收波长吻合时，就会发生共振吸收，通过测量特征波长处的吸收强度就可以计算出高温气体的浓度。水下原位质谱仪的测量原理是：将样品在进样系统中加热使之转化为气体，待测气体进入离子源后转化为带电离子，不同荷质比的离子在磁场力作用下分离，利用质谱图分析高温气体浓度。

2.基于光纤技术的探测法

该技术不需要进样采样，直接在光纤外层涂覆一层高温气体敏感渗透膜，利用高温气体分子与光纤产生的倏逝波的相互作用测量高温气体。该技术的缺点是高温气体敏感渗透膜的材料对探测结果影响较大，由于敏感渗透膜与海水直接接触，其使用寿命很短。

基于该技术的传感器依据测量原理的不同可以分为光纤倏逝波样机和光纤表面等离子体样机两类。光纤倏逝波样机的测量原理为，利用高温气体对倏逝波的特征吸收峰，根据吸收强度计算高温气体浓度。光纤表面等离子体样机的测量原理为，利用高温气体对共振波的角度和波长的影响计算高温气体浓度。

3.基于生物技术的探测法

该技术利用生物的化学和电化学反应，将生化反应转化为电信号，通过对电信号的处理测量高温气体浓度。该技术的缺点是，测量过程中生物活性和反应条件的可控性较差，目前仍处于实验室研究阶段。

综上所述，现有的海洋高温气体原位探测法绝大多数为接触式探测，但其采用的原位接触式传感器，寿命短、适用范围有限，尤其是深海热液处于高温、高压、强腐蚀性极端条件，采用接触式探测传感器无法探测。

实用新型内容

为了解决现有接触式原位探测技术无法适用于深海长期监测的技术问题，本实用新型提供了一种可用于深海长期监测的非接触式海洋溶解高温气体监测仪。

本实用新型的技术方案是：