一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器

1.本实用新型属于传感器技术领域，尤其涉及一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器。


背景技术：

2.常见的水下原位气体传感器采用渗透膜与红外吸收光谱相结合的方式测量，结构如下图所示。溶解在水中的气体通过渗透膜被分离出进入气室，然后被气室内部的由光源、吸收光路、探测器组成的红外吸收光谱系统探测到吸收信号，再通过电路和算法进行采集和计算得到气体浓度。由于渗透膜难以承受水下的压力，因此现有的此类传感器均把渗透膜设置在端盖上，并通过一些多孔材料进行支撑，有效膜面积仅有几cm2左右，因此脱气效率较低，从而导致整个水下原位气体传感器的响应时间较长。
3.除渗透膜外，其他器件全部封装在一个圆柱形的耐压舱内，因此从膜到光路部分之间不可避免地存在一部分空间是没有被有效利用的，例如端盖上为了通气而留出的沟槽，以及接到气室进气口的一段管路，当沟槽较宽或管路较粗时，气阻小但体积大，当沟槽较窄或管路较细时，体积小但气阻大，无论以上哪种情况都会延长气体到达光路部分的时间。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器，旨在解决目前渗透膜有效膜面积小、脱气效率低及渗透膜到光腔部分距离长的问题。
5.本实用新型是这样实现的，一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器，包括：
6.设备仓，所述设备仓包括舱体和端盖；所述舱体内部设于测试组件；
7.一体化感应仓，所述一体化感应仓通过端盖与舱体内部连通；
8.其中，所述一体化感应仓包括气室、金属网及包裹于金属网外侧的渗透膜组件，所述金属网设于气室外表面，待测气体依次穿过渗透膜组件和金属网进入气室，所述测试组件向气室发射红外光束获取待测气体红外特征数据完成待测气体定性定量分析。
9.优选地，所述测试组件包括电路模块、光纤激光器、光纤准直器和探测器。
10.优选地，所述渗透膜组件与金属网构成双层结构包裹在气室的侧面。
11.优选地，所述气室包括：
12.法兰板，所述法兰板固定于端盖上；
13.支撑板，
14.连接架，所述连接架连接于法兰板和支撑板之间，
15.其中，所述金属网包裹于法兰板、支撑板与连接架的外侧，所述渗透膜组件设于金属网外表面；渗透膜组件配合法兰板和支撑板形成光腔。
16.优选地，所述法兰板上设有连通舱体的激光孔和探测孔。
17.优选地，所述支撑板远离设备仓端面设有反射镜。
18.优选地，所述光纤准直器穿过激光孔向光腔内部发射红外光束，红外光束经过反射镜反射后返回位于探测孔处的探测器；
19.优选地，所述渗透膜组件包括：
20.渗透膜；所述渗透膜包裹于金属网外侧；
21.限位环；
22.其中，所述限位环将渗透膜环形固定于金属网外侧，渗透膜在气室外侧形成过滤层，气体通过渗透膜进入气室内部。
23.优选地，所述法兰板上设有法兰；所述法兰板通过法兰结构与端盖密封连接。
24.与现有技术相比，本技术实施例主要有以下有益效果：
25.1、本实用新型所提供的光腔外置式水下原位气体快速测量传感器通过将气室转移至舱体外部，并在气室外侧设置渗透膜组件，提高渗透膜组件的面积，进而实现对脱气效率的提升。
26.2、本实用新型所提供的光腔外置式水下原位气体快速测量传感器通过利用在气室外侧构建渗透膜组件，减少渗透膜组件到气室之间的路径来提高整个水下原位气体传感器响应速度。
附图说明
27.图1是本实用新型提供的一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器的结构示意图。
28.图2是本实用新型提供的一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器内部结构示意图。
29.图3是图2公开的一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器的一体化感应仓结构示意图。
30.图4是本实用新型提供的一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器的中光纤准直器、探测器及反射镜的结构示意图。
31.附图标记说明：
32.10、设备仓；111、舱体；112、端盖；120、电路模块；130、光纤激光器；140、光纤准直器；150、探测器；20、一体化感应仓；21、气室；211、法兰板；2111、激光孔；2112、探测孔；212、支撑板；213、连接架；22、渗透膜组件；221、渗透膜；222、限位环；23、金属网；24、反射镜。
具体实施方式
33.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本技术的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
34.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同
的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
35.本实用新型实施例提供了一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器，如图1-图4所示，所述一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器，应用于水下气体测量包括：
36.设备仓10，所述设备仓10包括舱体111和端盖112；所述舱体111内部设有光纤准直器140和探测器150；
37.一体化感应仓20，所述一体化感应仓20通过端盖112与舱体111内部连通；所述光纤准直器140和探测器150一部分位于一体化感应仓20内，另一部分位于设备仓10内部；
38.其中，所述一体化感应仓20包括气室21、渗透膜组件22及包裹于气室21外侧的金属网23，所述渗透膜组件22设于金属网23外表面，待测气体依次通过渗透膜组件22和金属网23，渗透膜221让待测气体穿过渗透膜组件22进入气室21内部，光纤准直器140发射出的激光穿过位于气室21内部的待测气体后返回的红外光束被探测器150采集分析获取待测气体数据，实现对待测气体定性定量分析；
39.在本实施例中，所述设备仓10中舱体111为圆柱形结构，内部中空，设有具备红外测试功能的测试组件，所述测试组件除包括光纤准直器140和探测器150之外还包括电路模块120和光纤激光器130，所述电路模块120供电并控制光纤激光器130产生红外光束，经过光纤准直器140进行准直后射入气室21内部，所述气室21内的待测气体改变红外光束的特征，红外光束在气室21内部设有的反射镜24作用下重新返回被探测器150进行采集转化为电信号，并送至电路模块120进行气体浓度反演并存储或传出；所述电路模块120、光纤激光器130、光纤准直器140和探测器150均为现有技术；
40.在本实施例中，所述渗透膜组件22与金属网23构成双层结构，包裹在气室21的侧面；金属网23为渗透膜组件22提供支撑作用，渗透膜组件22只允许气体通过并将液体阻挡在渗透膜组件22外侧，待测气体进入气室21后，气室21作为存储气体主要单元同时还作为红外光束测试区域，减少了相应设备结构；利用在气室21外侧构建脱气模块，不仅通过增加脱气模块渗透面积来提高脱气效率，同步减少渗透膜组件22到气室21之间的路径来提高整个水下原位气体传感器响应速度；
41.作为本实施例中一种优选的实施方式，所述气室21包括：
42.法兰板211，所述法兰板211固定于端盖112上；所述法兰板211上设有连通舱体111的激光孔2111和探测孔2112；
43.支撑板212，所述支撑板212远离设备仓10；所述反射镜24设置于支撑板212靠近法兰板211的端面；
44.连接架213，所述连接架213连接于法兰板211和支撑板212之间；
45.其中，所述金属网23包裹于连接架213与支撑板212的外侧，所述渗透膜组件22设于金属网23外表面；渗透膜组件22配合法兰板211和支撑板212形成光腔；
46.在本实施例中，所述气室21和光腔采用一体化设计，光腔内部也为气室21的内部；
47.在本实施例中，所述法兰板211上设有法兰；所述法兰板211通过法兰结构与端盖112密封连接，所述光纤准直器140穿过激光孔2111向光腔内部发射红外光束，所述红外光束经过反射镜24反射后重新被穿过探测孔2112布置探测器150所捕获，红外光束在穿过待测气体相应红外特征发生变化，探测器150采集的红外特征变化情况可以对待测气体进行
定性定量分析；
48.作为本实施例中一种优选的实施方式，所述渗透膜组件22包括：
49.渗透膜221，所述渗透膜221包裹于金属网23外侧；
50.限位环222；
51.其中，所述限位环222对渗透膜221环形固定，渗透膜221通过限位环222安装在金属网23上，在光腔外侧形成过滤层，让气体进入光腔内部；
52.在本实施例中，渗透膜221为现有技术，可以让多种气体进入气室21的内部，阻挡液体进入气室21，所述限位环222主要为渗透膜221提供外侧固定作用；限位环222采用现有技术手段，采用活动装配方式，使用时可以根据需要可对渗透膜221进行更换，已满足对不同气体渗透率提升的需要；
53.本实用新型的使用方法：将光腔外置式水下原位气体快速测量传感器投入水中，在渗透膜组件22和金属网23配合下，待测气体进入气室21内部，测试组件中光纤激光器130发射红外光束，在光纤准直器140调整下红外光束被射入气室21内部，经过反射镜24反射的红外光束被探测器150重新捕获，所述探测器150采集红外光束红外特征数据并转化为电信号，并传递给电路模块120，由电路模块120向外传出相应的信息数据，对待测气体进行定性定量分析；
54.需要说明的是，对于前述的各实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本实用新型，某些步骤可能采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，涉及的动作和模块并不一定是本实用新型所必须的。
55.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对实用新型的保护范围进行限制。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型部分实施例，而不是全部实施例。基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型所要保护的范围。尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域普通技术人员依然可以在不冲突的情况下，不作出创造性劳动对本实用新型各实施例中的特征根据情况相互组合、增删或作其他调整，从而得到不同的、本质未脱离本实用新型的构思的其他技术方案，这些技术方案也同样属于本实用新型所要保护的范围。

技术特征：
1.一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器，其特征在于，包括：设备仓，所述设备仓包括舱体和端盖；所述舱体内部设于测试组件；一体化感应仓，所述一体化感应仓通过端盖与舱体内部连通；其中，所述一体化感应仓包括气室、金属网及包裹于金属网外侧的渗透膜组件，所述金属网设于气室外表面，待测气体依次穿过渗透膜组件和金属网进入气室，所述测试组件向气室发射红外光束获取待测气体红外特征数据完成待测气体定性定量分析。2.如权利要求1所述的一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器，其特征在于，所述测试组件包括电路模块、光纤激光器、光纤准直器和探测器。3.如权利要求2所述的一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器，其特征在于，所述渗透膜组件与金属网构成双层结构包裹在气室的侧面。4.如权利要求3所述的一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器，其特征在于，所述气室包括：法兰板，所述法兰板固定于端盖上；支撑板，连接架，所述连接架连接于法兰板和支撑板之间，其中，所述金属网包裹于法兰板、支撑板与连接架的外侧，所述渗透膜组件设于金属网外表面；渗透膜组件配合法兰板和支撑板形成光腔。5.如权利要求4所述的一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器，其特征在于，所述法兰板上设有连通舱体的激光孔和探测孔。6.如权利要求5所述的一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器，其特征在于，所述支撑板远离设备仓端面设有反射镜。7.如权利要求6所述的一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器，其特征在于，所述光纤准直器穿过激光孔向光腔内部发射红外光束，红外光束经过反射镜反射后返回位于探测孔处的探测器。8.如权利要求4所述的一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器，其特征在于，所述渗透膜组件包括：渗透膜；所述渗透膜包裹于金属网外侧；限位环；其中，所述限位环将渗透膜环形固定于金属网外侧，渗透膜在气室外侧形成过滤层，气体通过渗透膜进入气室内部。9.如权利要求4所述的一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器，其特征在于，所述法兰板上设有法兰；所述法兰板通过法兰结构与端盖密封连接。

技术总结
本实用新型提供了一种光腔外置式水下原位气体快速测量传感器，包括：设备仓，所述设备仓包括舱体和端盖；所述舱体内部设于测试组件；一体化感应仓，所述一体化感应仓通过端盖与舱体内部连通；其中，所述一体化感应仓包括气室、金属网及包裹于金属网外侧的渗透膜组件，所述金属网设于气室外表面，待测气体依次穿过渗透膜组件和金属网进入气室，所述测试组件向气室发射红外光束获取待测气体红外特征数据完成待测气体定性定量分析。本实用新型通过将气室转移至舱体，并在气室外侧设置渗透膜组件，提高渗透膜组件的面积，进而实现对脱气效率的提升，并且减少渗透膜组件到气室之间的路径来提高整个水下原位气体传感器响应速度。路径来提高整个水下原位气体传感器响应速度。路径来提高整个水下原位气体传感器响应速度。


技术研发人员：李萌 郭金家 臧梓汐 纳晖 杨童 张志浩
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/9/1