海水光学硝酸盐传感器结构设计.docx

2017年第36卷第12期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)75

DOI:10.13873/J.1000-9787(2017)12-0075-03

海水光学硝酸盐传感器结构设计*

程长阔,宋家驹2,杨鹏程,杜军兰1

(1.国家海洋技术中心，天津300111;2.天津市海华技术开发中心，天津300111)

摘要：根据海水硝酸盐紫外吸收光谱法测量原理，确定了海水光学硝酸盐传感器的组成与结构方式；根据海水环境应用要求，完成了传感器壳体选材与抗压计算；详细阐述了机械制作工艺测量光路同轴度的保障方法，并对传感器关键部分的密封方式、加工与装配精度进行了说明，实现了传感器水深100m的应用要求。

关键词：硝酸盐；传感器；原位测量；海水

中图分类号：TH12文献标识码：A文章编号：1000-9787(2017)12-0075-03

Structuraldesignofseawaternitrateopticalsensor*

CHENGChang-kuo1,SONGJia-ju2,YANGPeng-cheng1,DUJun-lan

(1.NationalOceanTechnologyCenter,Tianjin300111,China;

2.TianjinHydrowiseTechnologyDevelopmentCenter,Tianjin300111,China)

Abstract:Accordingtoultravioletabsorptionspectroscopymeasurementprincipleofseawaternitrate,compositionandstructureofseawaternitrateopticalsensorisdetermined.Accordingtoseawaterenvironmentapplicationrequirements,sensorshellmaterialselectingandcompressivestrengthcalculationarecompleted,methodofensuringtheopticalpathmeasuringcoaxialityisdescribedindetail,andsealingmethodandprocessingandassemblingprecisionofthekeypartsofthesensoraredescribed,applicationrequirementof100mwaterdepthisimplementedKeywords:nitrate;sensor;insitumeasurement;seawater

0引言

2016年，我国近海局部海域污染严重、陆源排污压力巨大、海洋环境灾害频发等问题依然突出，其主要污染要素为无机氮、活性磷酸盐和石油类1。为准确快捷地对海水硝酸盐进行原位监测，适应海洋仪器无人值守应用的趋势，本文基于紫外光谱分析技术，设计了吸收光谱法海水硝酸盐光学测量传感器，实现对海水硝酸盐浓度长期原位测量。

1传感器结构设计与优化

1.1传感器组成

根据硝酸盐光学方法测量原理，传感器主要由紫外光源、光纤、光学测量窗口、微型光谱仪、数据处理模块、电刷等组成。如图1所示。

图1紫外光源发射的紫外光经光纤传导到光学测量窗口，入射光经过测量窗口后，部分特征波段被吸收，使得光强减弱，出射光经光纤传导到微型光谱仪，并将其转换为电信号，通过控制电路和信号处理电路得到吸收光谱。数据处理模块对紫外吸收光谱数据进行处理，根据海水硝酸盐紫外吸收波段干扰物质组成与建模算法研究2-5计算得到

图1系统组成与结构

硝酸盐浓度值，测量结果通过水密接头与上位机进行通信，完成整个仪器测量过程。电刷用于定期清洁光学测量窗口，避免海水微生物或泥沙长时间积累对光学测量造成影响。

1.2壳体选材与抗压计算

考虑到传感器要在复杂恶劣的海洋环境中长期应用，其外壳材料需要满足高强度、耐海水腐蚀、较强稳定性等特点。聚甲醛是热塑性结晶聚合物，被称为“赛钢”,与传统金属材