[发明专利]一种基于TRIZ理念的海洋电场传感器

说明书

本发明是一种基于TRIZ理念的海洋电场传感器。基于TRIZ理念，在对物质—场分析的基础上，本发明要解决的问题是：目前海洋电场传感器结构复杂，无法满足当前对于海洋研究的需求以及适应复杂的海洋环境。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种基于TRIZ理念的海洋电场传感器，包括电极1；集流体2；密封层3；导线4。电极1由碳纤维制成的片状结构，其中电极1的一面与海水接触，另一面覆盖一层集流体2并与导线4连接，其中集流体2是由导电金属制成，其目的是收集碳纤维的电信号并通过导线4传输到检测设备，集流体2外部包覆密封材料，防止集流体2接触海水。

技术领域

本发明涉及海洋探测技术领域，尤其涉及一种基于TRIZ理念的适用于深海的微型碳纤维电极。

技术背景

电场是在海洋中广泛分布的一种物理场，海水的流动迁移、生物运动、地球磁场的变化、船舶及海底金属矿体的氧化还原反应等因素均是海洋电场的产生原因。海洋电场的探测既可以被广泛用于海洋资源勘探、地理环境监测等民用领域，也用于对水中目标的监测、跟踪、定位等军事领域。常用两只电极组成电极对，通过监测电极对随时间的极差变化情况，可以揭示海洋环境中电场介质环境的变化。海洋电场传感器工作于海洋环境之中，需要抵抗压力对电极的影响；海水中富含各种离子，会发生各种化学反应；此外，受到技术限制，电极在海洋中也会受到除海水压力之外的各种力的作用，使电极安放困难。随着海洋的开发和探测从近海走向远海，由浅海走向深海，深海勘探设备也逐渐走向集约化和集成化，对海洋电场传感器的要求更高，除了具备一般电场传感器的高灵敏度、低噪声外，还要能够抗压、体积小，便于布放和其它勘探设备集成和搭载。银/氯化银电极属于非极化电极，自身稳定性较好，但是其性能受制于体积/表面积比和加工工艺的特殊性，所以氯化银电极应用在深海环境受到限制。现有的海洋电场传感器电极，电极以电化学电极为主，虽然电极内部电子迁移速度快，但是在使用过程中电极会发生极化，并还会出现极化不可逆的问题，并直接导致传感器的灵敏度降低。碳纤维电极属于极化电极，对于介质中的电场变化非常敏感，比表面积是氯化银电极的100-1000倍，是理想的制作传感器电极的材料。专利号CN202662303U 提供了一种超微的碳纤维电极，该电极体积小，易于制造。但是由于该超微碳纤维电极是以玻璃管作为外壳，易碎，不适用于深海的高压环境。专利号CN2387538Y公开了一种低噪音碳纤维超微电极，该电极电化学性能优良、低噪音、不渗漏。但是该电极的工作环境要求是相对封闭和稳定的，且制作工艺要求高，难于在一般实验室进行制作，因此也不适用于深海环境。CN103048368A也公布了一种超微电极的制备方法，和前面的CN2387538Y相似，也是在玻璃管里总成，测试环境特殊，同样不适合用于深海。目前公开的报道的碳纤维传感器，国外的资料很有限，且有些参数不全，无法比较。海军工程大学申振(申振等， 2018)制备了一种碳纤维海洋电场电极，自噪声达到1nV/√Hz@1Hz。电极总长度为14cm。虽然体积有所减小，相对于实际海洋探测中探测仪器的空间，还是有点大。中国海洋大学刘昂等报道了一种改性碳纤维海洋电场电极，结构为碳纤维外镀铜，环氧树脂密封成型，整体为刚性结构，不耐压。

TRIZ理论是以各科学领域知识为基础的最具代表性产品创新设计方法，是通过分析大量发明专利总结出解决技术难题并进行发明创造所遵循的理论方法能为解决设计师问题指明方向。TRIZ理论具有鲜明的特点和优势。它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，而不是逃避矛盾，其目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解，而不是采取折衷或者妥协的做法，而且它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程，而不再是随机的行为。实践证明，运用TRIZ理论，可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。它能够帮助我们系统的分析问题情境，快速发现问题本质或者矛盾，它能够准确确定问题探索方向，突破思维障碍，打破思维定势，以新的视觉分析问题，进行系统思维，能根据技术进化规律预测未来发展趋势，帮助我们开发富有竞争力的新产品。

发明内容