2017年第36卷第12期
传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies）
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DOI:10.13873/J.10009787(2017)12007503
海水光学硝酸盐传感器结构设计
程长阔"，宋家"，杨鹏程"，杜军兰"
（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，完咸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
Structuraldesignof seawaternitrateopticalsensor
CHENG Chang-kuo', SONC Jia-ju’, YANG Peng-cheng , DU Jun-lan
(1. National Ocean Technology Center, Tianjin 300111, China ;
2. Tianjin Hydrowise Technology Development Center,Tianjin 300111,China)
Abstract: According to ultraviolet absorption spectroscopy measurement principle of seawater nitrate, composition and structure of seawater nitrate optical sensor is detemined. According to seawater environment application requirements,sensor shell material selecting and compressive strength calculation are completed,method of ensuring the optical path measuring coaxiality is described in detail, and sealing method and processing and assembling precision of the key parts of the sensor are described,application requirement of 100 m water depth is implemented. Key words: nitrate; sensor; in situ measurement; seawater
引言 0
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间题依然突出，其主要污染要素为无机氮、活性磷酸盐和石油类"]。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，人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
收稿日期：2017-10-20
微型宽诺仅电耐
光学测量窗口
电数据处理
模块
连按接瑞盖
光纤
图1
紫外光源控制板
系统组成与结构
水密接
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。电刷剧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”，与传统金属材料相比，不仅具有高强度、模量、耐磨性、韧性和抗蜗变性等特性，还具有优良的电绝缘性，适于在海水中长期使用，不被锈蚀。因此，选用聚甲醛作为壳体的加工制作材料。
*基金项目：国家海洋公益性行业科研专项项目（201505015）：海洋经济创新发展区域示范项目（CXSF2014-37）