[发明专利]探测海底热液的数据自容式丝状三电极传感系统

摘要

本发明公开了一种探测海底热液的数据自容式丝状三电极传感系统，实现海底热液羽状流中的金属离子浓度异常检测，同时引入温度传感，完成不同传感器数据融合与校准，提高了极端环境中的传感器的检测准确性和抗干扰能力。该传感器系统由钛合金耐压腔体和固定在腔体内的数据自容式金属离子检测仪器组成，其中金属离子检测仪器包括电源模块、模拟电路模块、数字电路模块和传感器，以完成系统的自动检测与数据存储，实现对海底金属离子浓度和温度的长期监测，对于海底热液探测具有极大的参考价值与应用前景。

主权项

1.一种探测海底热液的数据自容式丝状三电极传感系统，其特征在于，该系统由钛合金耐压腔体和数据自容式金属离子检测仪器组成；所述金属离子检测仪器包括电源模块、模拟电路模块、数字电路模块和传感器；所述传感器包括丝状金电极、丝状铂电极、丝状银电极和温度传感器；丝状银电极通过电镀方式在表面电镀一层氯化银膜；所述丝状金电极、丝状铂电极、丝状银电极和温度传感器固定在钛合金耐压腔体的钛合金密封盖上，一端暴露在腔体外部；所述电源模块、模拟电路模块和数字电路模块通过铜柱固定在钛合金耐压腔体腔内，模拟电路模块通过同轴屏蔽线分别与丝状金电极、丝状铂电极、丝状银电极和温度传感器相连；所述数字电路模块和模拟电路模块通过电源线与电源模块相连；所述模拟电路模块包括I/V变换电路，滤波、调零及放大电路，模数转换电路，运算放大器，数模转换电路，温度传感器调理电路和有缘屏蔽电路；所述数字电路模块包括微处理器、实时时钟芯片、存储芯片和串行接口；所述电源模块包括聚合物锂电池和电源管理电路；所述模拟电路模块在前端对丝状三电极的输出信号进行LC初步滤波，采用同轴电缆线来传输，同时对丝状金电极和丝状银电极的屏蔽层采用有源屏蔽电路提高屏蔽效果；所述数模转换电路、模数转换电路、温度传感器调理电路、实时时钟芯片、存储芯片和串行接口均与微处理连接；微处理器通过实时时钟芯片获取实时时间，从而达到定时检测和给检测结果加时间戳的目的；微处理器利用串行接口与上位机通讯，接收指令，或者将存储芯片中的检测结果传递给上位机；数模转换电路的输出分别连接有源屏蔽电路和运算放大器的同相输入端，用来提供有缘屏蔽电路电压和电化学反应所需要的偏压；丝状银电极连接运算放大器的反相输入端，运算放大器的输出端连接丝状铂电极；丝状金电极、I/V变换电路、滤波、调零及放大电路、模数转换电路依次连接，通过I/V变换电路将微弱的电化学信号转换成较强的电压信号，同时转换出的电压信号经过滤波、调零及放大电路进行信号调理后，经模数转换电路传输到微处理器；所述温度传感器与温度传感器调理电路连接，温度传感器的电阻信号通过温度传感器调理电路调理产生相应的电压信号，继而被微处理器内部模数转换单元采集；所述滤波、调零及放大电路的信号调理过程具体为：利用四个不同的一阶无源RC滤波器对电压信号进行低通滤波，除去电路中的可能引入的高频噪声；引入调零电路对送入模数转换电路的信号进行预处理，消除直流偏置，充分利用模数转换电路的量程；对信号进行一次同相放大，充分利用模数转换电路的量程，实现高分辨率高精度转换。