[发明专利]海洋原位pCO2传感器

权利要求书

1.海洋原位pCO₂传感器，其特征在于：包括气液分离和气体探测两部分，气液分离部分包括潜水泵、过滤器、流量计、脱气装置、气体干燥器；待测水样通过潜水泵被抽进管路中，过滤后进入脱气装置，脱出的气体经气体干燥器干燥后进入气体样品室内进行探测，进样速率由流量计测量并通过数据采集卡记录；

气体探测部分包括激光发射与调制模块、光学准直与探测模块、多次反射腔模块和数据采集与处理模块，激光发射与调制模块包括信号发生模块和激光控制器，信号发生模块输出低频锯齿波信号，通过激光控制器对可调谐二极管激光器的输出波长进行调节，使波长调谐范围覆盖待测气体的吸收峰，激光经过光学准直与探测模块准直后进入多次反射腔模块的多次反射腔，多次反射腔外部即是气体样品室，气体样品室上有两个阀门分别用来控制进气和出气，并装有压力和温度传感器，激光经多次反射后出射并被数据采集与处理模块的光电探测器接收，探测到的光谱数据以及气体样品室内的压强和温度可通过数据采集与处理模块的数据采集卡记录，并存储在计算机中进行数据处理得到气体浓度。

2.按照权利要求1所述海洋原位pCO₂传感器，其特征在于：浓度反演算法的流程：首先对待测气体的TDLAS光谱(包含两个吸收峰)进行光谱降噪预处理，以消除探测器暗电流的影响，然后进行寻峰处理，即提取两个吸收峰对应的采样点S₁和S₂，并在Hitran数据库中查询两个吸收峰分别对应的波数v₁、v₂，建立采样点与波数之间的对应关系并将横坐标由采样点转换为波数，同时根据峰位提取未吸收部分进行多项式拟合得到I₀，计算-ln(l_t/l₀)以消除激光能量波动的影响，得到光强随波数的变化后选择其中一个吸收峰进行洛伦兹拟合得到积分面积A＝∫-ln(l_t/l₀)dv，再将压强P，线强S(T)，光程L，面积A代入公式C＝A/(S·P·L)计算出气室内待测气体的浓度，最后通过海水温度，盐度，进样速率等参数对结果进行校正，计算海水中溶存CO₂浓度。

3.按照权利要求1所述海洋原位pCO₂传感器，其特征在于：基于TDLAS的水中溶存CO₂原位测量系统的建立；

为了能够实现水中溶存气体的快速测量，采用大流量潜水泵和大面积脱气膜以增加单位时间内的脱气量，配合抽气泵提高气体样品室内的气体交换速率，气室内部设计了一个长光程小体积的多次反射腔以获得更高的探测灵敏度，其中，潜水泵能够以25mL/s的大流量连续工作；脱气装置的内部膜丝材料为聚丙烯中空纤维，膜面积为0.54m²；抽气泵的流量≥1.1L/min；气室内部的多次反射腔是由两个球面反射镜D＝25.4mm，f＝50mm，R>97.5％@2004nm组成的Herriott腔，其间距为10cm，反射次数为76次，总光程约为15m，气室体积仅110mL。