[发明专利]一种基于正交锁相放大技术的海水盐度测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于正交锁相放大技术的海水盐度测量系统及方法，该系统包括恒温水槽，恒温水槽内设置电导池、螺旋盘管、搅拌器和恒温装置，电导池、搅拌器和恒温装置均与检测控制装置连接，检测控制装置还连接多通阀、蠕动泵和电脑终端，多通阀为三进一出多通阀，进路分别连接超纯水储罐、样品海水储罐和标准海水储罐，出路通过蠕动泵、螺旋盘管连接电导池的入口；电导池中设置两个电流电极和两个电压电极，电流电极为纳米级载铂的复合氧化物电极；电压电极为银/氯化银参比电极；检测控制装置内采用数字正交锁相放大技术，锁相模块由FPGA通过数字编程实现。本发明所公开的方法操作方便快捷，测试效率高，具有较高性能指标。

技术领域

本发明涉及一种海水参数测量方法，特别涉及一种基于正交锁相放大技术的海水盐度测量系统及方法。

背景技术

盐度是海水最重要的理化特性之一，它的分布变化是影响和制约其它水文要素分布和变化的重要因素，因此海水盐度的测量是海洋水文观测的重要内容，其测量精度要求也越来越高。盐度的定义及测量方法自十九世纪以来经历了多次演变。1980年海洋学常用表和标准联合专家小组(JPOTS)正式提出并推荐采用PSS-78(The Practical SalinityScale 1978)实用盐度标度之后，盐度的定义、测量技术和计量标准统一到了电导率法测盐度的技术上。

电导法测量海水盐度技术具有精度高、操作简单、灵敏度高、可测范围广、便于连续测量等优点，适用于现场及实验室等不同环境，被广泛应用于自动/连续监测，逐渐取代其他测量方法(化学滴定法、密度法、折射率法、电磁感应法等)。目前广泛使用的STD、CTD等海洋监测设备的盐度传感器大多是电极式结构的。但是由于电极式盐度计测量电极直接接触海水，容易出现极化和受海水的腐蚀、污染等问题，使性能减退，这就严重限制了在现场的应用，所以主要用在实验室内做高精度测量。目前的盐度计存在自动化程度比较低，多处手动调节导致系统操作复杂，测量效率低等缺点，测量精度及稳定性等方面也有待提高。

近年来随着海洋水文观测需求的逐步提高，原有的海水盐度计已无法满足现代化海洋快速监测的需要，因此急需智能化及高精度海水盐度计。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于正交锁相放大技术的海水盐度测量系统及方法，以达到操作方便快捷，测试效率高，自动化程度高，测量精确，具有较高性能指标的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于正交锁相放大技术的海水盐度测量系统，包括恒温水槽，所述恒温水槽内设置电导池、螺旋盘管、搅拌器和恒温装置，所述电导池、搅拌器和恒温装置均与检测控制装置连接，所述检测控制装置还连接多通阀、蠕动泵和电脑终端，所述多通阀为三进一出多通阀，进路分别连接超纯水储罐、样品海水储罐和标准海水储罐，出路通过蠕动泵、螺旋盘管连接电导池的入口，所述电导池的出口连接废液收集罐。

所述电导池中设置两个电流电极和两个电压电极，所述电流电极为纳米级载铂的复合氧化物电极，该电极的应用有效的增加了电极的表面积，相应使绝对电流密度减小，大大减小了测量过程中的极化电阻效应，降低了干扰电容，适合在海水等高电导率的溶液中的测试。载铂的复合氧化物电极更加稳定，有效的解决了使用过程中电极污染问题，机械强度高，不易脱落，可长期应用。

所述电压电极为银/氯化银参比电极，该电极在海水中具有优良的电位稳定性，电位漂移小，能消除海水中阴离子干扰，解决海水污染引起的电极电位不稳问题。

所述检测控制装置内采用数字正交锁相放大技术，锁相模块由FPGA通过数字编程实现。

上述方案中，所述检测控制装置内包括FPGA锁相模块、分别与FPGA锁相模块连接的IIR数字低通滤波器、ADC和DAC，所述IIR数字低通滤波器通过主控系统连接RS485接口和高精度温度传感器，所述DAC通过激励信号电源与电导池中的电流电极连接，所述电导池中的电压电极和电流电极通过可变增益放大器、工频陷波器、抗混叠滤波器与ADC连接。