[发明专利]海洋原位pCO2传感器

说明书

本发明公开了海洋原位pCO₂传感器，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。

技术领域

本发明属于海水测量技术领域，涉及一种海洋原位pCO₂(二氧化碳分压) 传感器。

背景技术

CO₂是海洋中极为重要的溶解气体，海水中溶解CO₂的测量对于全球碳循环的研究具有重要意义。目前，水中溶存CO₂的测量方法包括拉曼光谱、电化学法、质谱法和红外吸收光谱等，在这些方法中，拉曼光谱是唯一可以对海洋中溶解的CO₂进行直接探测的技术，在深海热液、冷泉都进行了成功应用，但受灵敏度影响，只能用于一些高浓度区域。其他几种方法探测原理虽然不同，但气液分离多采用渗透膜的方式，且大部分是在气体达到平衡时再进行测量，因此响应时间较长。例如，PMEL MAPCO₂是目前唯一一个可以实现长期观测的CO₂传感器，搭载平台为浮标，可对海表面和大气CO₂进行测量，响应时间为20min；水下CO₂原位探测传感器以广泛使用的Contros Hydro C^TM CO₂和Pro-Oceanus CO₂-Pro^TM为例，在水泵的辅助下，二者的响应时间分别为1min和2.5min。这些仪器的响应时间均以分钟为单位，以一般水下运载平台1节运动速度计算， 1min的响应时间运动距离约为30米，对于海底资源调查来说，30米的距离可能就会错过一些重大发现。因此，目前的商业化CO₂水下原位探测传感器的响应时间仍需进一步缩短。本发明针对海洋CO₂浓度快速测量的需求，采用TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,可调谐半导体二极管吸收光谱技术)的方法，并结合高效的气液分离装置，研制了一种海洋原位pCO₂传感器，为海洋溶存CO₂的连续、实时、原位观测提供实验支持和数据基础。

发明内容

本发明的目的在于提供海洋原位pCO₂传感器，本发明的有益效果是为海洋溶存CO₂的连续、实时、原位观测提供实验支持和数据基础。

本发明所采用的技术方案是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。