CN101566573A - 沉积物-海水界面溶解氧的两维分布探测装置 - Google Patents

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Abstract

沉积物－海水界面溶解氧的两维分布探测装置，它包括密封舱，安装在密封舱顶端的水下插头，在密封舱内从上到下依次设置的图像记录板、图像采集板、数字成像系统、半反射透镜，所述数字成像系统下端设有滤波片，所述半发射透镜的侧面设有发光二极管；所述密封舱的下端为三角形密封结构，该三角形密封结构的一个端面窗口外固定有溶解氧传感膜玻璃，在三角形密封结构的斜边上设有反射镜，该反射镜和所述半反射透镜平行。本发明具有如下有益效果：本发明解决了采用电极式化学传感器只能记录单个点的溶解氧浓度，如进行两维溶解氧浓度变化监测过程需要依次进行多个点的重复测量所带来的操作复杂、耗费时间等问题。

Description

沉积物-海水界面溶解氧的两维分布探测装置
技术领域
本发明涉及一种沉积物-海水界面溶解氧的两维分布探测装置。
背景技术
随着人类经济社会快速发展，引发了一系列的海洋环境和生态问题。譬如，海上的溢油和沿岸排放的各种污水中的有害物质大量沉淀在海底，导致海底沉积物的污染现象日益严重、海底的生态环境恶化。为控制和管理沿海海底环境，需要对海底沉积物与海水界面的物质通量交换过程进行监测，譬如，溶解氧、二氧化碳、硝酸根等指标参数，以便制定相应的管理和保护措施，为人类社会的可持续发展提供保障。目前沉积物-海水界面的溶解氧测量基本采用电极式化学传感器或光纤化学传感器。但是这些溶解氧传感器只能检测空间的某一个点的溶解氧浓度，如要进行沉积物-海水界面两维剖面的溶解氧浓度测量则需要多个化学传感器进行同步的不同深度的测量，这种测量方式需要复杂的水下控制装置才能实施，增加了水下观测设备的成本和操作复杂性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种沉积物-海水界面溶解氧的两维分布探测装置。该装置能减少水下观测设备的成本，同时操作也十分简便。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案，一种沉积物-海水界面溶解氧的两维分布探测装置，它包括密封舱，安装在密封舱顶端的水下插头，在密封舱内从上到下依次设置的图像记录板、图像采集板、数字成像系统、半反射透镜，所述数字成像系统下端设有滤波片，所述半发射透镜的侧面设有发光二极管；所述密封舱的下端为三角形密封结构，该三角形密封结构的端面窗口外固定有溶解氧传感膜玻璃(或称化学传感膜玻璃)，在三角形密封结构的斜边上设有反射镜，该反射镜和所述半反射透镜平行。
进一步的，所述溶解氧传感膜玻璃(或称化学传感膜玻璃)通过固定件固定在三角形密封窗口上。
进一步的，所述的溶解氧传感膜玻璃是通过如下步骤制备而成：以四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷作为载体，选用三联吡啶钌作为溶解氧浓度检测的化学发光分析试剂；所述四乙氧基硅烷∶甲基三乙氧基硅烷的重量比为4∶1，所述三联吡啶钌占四乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷总重量的18％；把三联吡啶均匀的溶于四乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷混合材料中，然后均匀的涂抹在石英玻璃上，在室温下干燥形成厚度均匀的溶解氧传感膜玻璃。
本发明的具有如下有益效果：本发明采用数字成像器件记录两维传感膜的荧光猝灭光强度信号，利用Stern-Volmer方程来描述溶解氧的浓度与猝灭作用光强对应关系，从而根据所记录的像素灰度值提取两维空间上的溶解氧浓度分布状况。解决了采用电极式化学传感器只能记录一个点的溶解氧浓度，如进行两维溶解氧浓度变化监测过程需要依次进行多个点的重复测量所带来的操作复杂、耗费时间等问题。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为本发明的一种具体实施方式结构示意图。
具体实施方式
参见图1、2所示，本发明一种沉积物-海水界面溶解氧的两维分布探测装置，它包括密封舱7，安装在密封舱7顶端的水下插头1，在密封舱7内从上到下依次设置的图像记录板2、图像采集板3、数字成像系统4、所述数字成像系统4下端的滤波片5、半反射透镜6，所述半发射透镜6的侧面设有发光二极管71；所述密封舱7的下端为三角形密封结构端面窗口，该三角形密封结构端面窗口外通过固定框9固定有溶解氧传感膜玻璃10，在三角形密封结构的斜边上设有反射镜8，该反射镜8和所述半发射透镜6平行。
所述溶解氧传感膜玻璃10的制作方法如下：所述的溶解氧传感膜玻璃是通过如下步骤制备而成：以四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷作为载体，选用三联吡啶钌作为溶解氧浓度检测的化学发光分析试剂；所述四乙氧基硅烷∶甲基三乙氧基硅烷的重量比为4∶1，所述三联吡啶钌占四乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷总重量的18％；把三联吡啶均匀的溶于四乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷混合材料中，然后均匀的涂抹在石英玻璃上，在室温下干燥形成厚度均匀的溶解氧传感膜玻璃。
本发明的工作原理如下：参见图1、2所示，在密封舱7的顶端安装有水下插头1，外部电源通过水下插头1为密封舱7内的图像采集系统提供所需的电能。将溶解氧传感膜玻璃10通过固定件9固定在密封舱7的三角形密封窗口上，来自发光二极管71的光源发出波长为458nm的光由半反射透镜6传输到45°角的反射镜8后，由反射镜8将光束传播方向改变90°角，投射到溶解氧传感膜玻璃10上，由于溶解氧传感膜玻璃10中的荧光指示剂(三联吡啶钌)对波长为458nm的光具有吸收作用，所吸收的能量会产生激发波长为620nm的光波，该光波的强度与溶解氧的浓度含量呈线性关系，该激发的620nm的光波经反射镜8和半反射透镜6，通过滤波片5滤除其他波长的杂光后由数字成像系统4接收，所记录的图像通过图像采集板3传输到图像记录板2进行存储。因此采用Stern-Volmer方程对来自溶解氧传感膜玻璃10的激发光波的强度进行分析，即可获得溶解氧浓度的两维分布状况信息。
下面结合附图3对本发明的原理作进一步说明。如图3的虚线所示，来自发光二极管7的光束经半反射透镜6传输到反射镜8后被反射到溶解氧传感膜10上，由溶解氧传感膜10所产生的激发荧光通过反射镜8，穿过半反射透镜6后，经滤光片5滤除其他波长的杂光后传输到数字图像接收装置，既两维的激发荧光有效的传输到数字成像装置。溶解氧传感膜玻璃通过固定框9固定在三角形的密封舱窗口上，传感器的底部采用三角形设计便于装置传感器端插入沉积物中。由于传感膜10的一部份插在沉积物中，另一部份在水体中，因此可以实现对沉积物-海水界面的溶解氧浓度实时监测。图2是图1的左视图，矩形溶解氧传感膜玻璃10由固定框9安置在密封舱的窗口上。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1、沉积物-海水界面溶解氧的两维分布探测装置，它包括密封舱，安装在密封舱顶端的水下插头，其特征在于：在密封舱内从上到下依次设置的图像记录板、图像采集板、数字成像系统、半反射透镜，所述数字成像系统下端设有滤波片，所述半发射透镜的侧面设有发光二极管；所述密封舱的下端为三角形密封结构，该三角形密封结构的端面窗口外固定有溶解氧传感膜玻璃，在三角形密封结构的斜边上设有反射镜，该反射镜和所述半反射透镜平行。
2、根据权利要求1所述的沉积物-海水界面溶解氧的两维分布探测装置，其特征在于：所述溶解氧传感膜玻璃通过固定件固定在三角形密封窗口上。
3、根据权利要求1所述的沉积物-海水界面溶解氧的两维分布探测装置，其特征在于，所述的溶解氧传感膜玻璃是通过如下步骤制备而成：以四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷作为载体，选用三联吡啶钌作为溶解氧浓度检测的化学发光分析试剂；所述四乙氧基硅烷：甲基三乙氧基硅烷的重量比为4∶1，所述三联吡啶钌占四乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷总重量的18％；把三联吡啶均匀的溶于四乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷混合材料中，然后均匀的涂抹在石英玻璃上，在室温下干燥形成厚度均匀的溶解氧传感膜玻璃。
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