深海热液区探测用浊度仪的研制

发布时间：2020-09-10 20:58

　　物理、化学传感器和分析仪器组成的探测系统，可以通过拖拽的方式进行连续走航式观测，以获取海底物理、化学环境参数。该类拖拽系统调查面积大，具有作业周期短、研制成本低，能够一定程度上反映深海环境信息，是深海环境勘探的一种重要的技术手段。浊度，作为水体光学特征的重要参数，广泛应用于海底热液活动调查中。深海热液活动的直接表现是热液喷发，使得周围海水的光学特性与普通海水存在一定差异。浊度作为热液口附近环境的特征量，其数据可作为发现海底热液活动的重要参考。本文通过对比投射法和散射法等浊度测量方法，针对深海浊度特点，并参考国外的深海商业浊度计，选择了散射式浊度测量方法。通过对比光电阻、光电池、光敏二极管等光电转换器件的性能，选择光敏二极管作为检测元件。考虑到浊度的电信号比较微弱，设计了低噪声、高灵敏度的信号处理电路。针对深海作业环境，对信号处理电路提出了低功耗的要求；针对浊度信号比较微弱，对信号处理电路提出了高灵敏度、低噪声要求；针对外界自然光的干扰，信号处理电路使用分时工作模式，在一定程度上减小背景光的干扰。因为设备主要用于深海探测，浊度计封装的设计主要包括耐压壳体、浊度探头和水密件。浊度探头的设计不仅要考虑到探测性能，还要考虑到封装形式。为使设备便于投放和回收，浊度计封装必须小巧轻便。浊度仪样机制作完成后，为验证系统的耐压和密封性能，进行了打压实验。随后，在实验室进行系统标定，通过与商业浊度计的对比实验，检验了系统的探测性能。经检验，浊度仪满足耐压和密封性要求，浊度计探测性能达到了设计要求。最后，通过在龟山岛海域的海试，进一步检验浊度仪实际工作环境下的可靠性。海试结果表明，研制的浊度计能够发现海底浊度异常，可以完成寻找热液区的探测任务。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：TH766
【部分图文】：

黄烟,热液,黑烟囱,烟囱

图 1.1 海底黑烟囱底烟囱中喷出的烟（热液）颜色并不一样，由于成海底热泉中喷出的烟并不是热水，而是饱含着的金属溶解度受温度和压力的影响极大，在热液口附近由于度大幅度下降而沉积析出，在泉口周围堆积成直立的底环境的水体特征的光学参数的浊度，在海底热液泉年-1985 年，Nelson 等[11][12]在大西洋洋中脊的 TAG 区水体，证实了浊度与悬浮颗粒物和颗粒 Fe 之间存在线存在着很好的关联。后继的一系列海洋探测发现，在对海底热液泉口进行的一系列探测获得的数据显示，(参考其他物理化学传感器)。因此，即使海洋大部分是且波动很小，但深海中的浊度跳变也基本上暗示有状液考查与研究中，是一个必不可少的设备。状

示意图,粒子散射,示意图

图 2.1 粒子散射示意图射光强度符合朗伯特—比尔定律（Lambert-Beer La0lI I e 光强度；0I 为透射光强度；为包括散射和吸收在强度无光的系数；l是透射光程。定律可以看出，在溶液光学性质不变的前提下，溶数级数衰减。衰减系数不仅与水质有关，而且与传光学性质，散射光在空间上的强度分布与微粒的直强度等因素有关。入射光波长和散射空间内分布的生影响。[23]是光的波粒二象性。光本身是电磁波，当其在水体射和散射。光的散射形式同光入射光的波长和颗粒

示意图,方向,示意图,散射光

图 2.2 90o方向散射示意图图所示，当一束强度为0I 的入射光，射入 X 轴正方向的水溶液中时，根据 Lam达 x 处的光强为：0KTxxI I e 中，K 为衰减常数，与浊度T 的乘积项构成衰减系数。对xI 取微分，则由上0KTxIxd KTI e dx 束在 x处发生散射，到达距离散射光 y 处的光敏检测器件的强度为KTyxIs KsTI e 中Ks为散射系数，T 为水体的浊度，与溶液浓度相关。则总的散射光能量强0ssKTx KTyI sd I dx Is KsTI e e dx 上式（2.8）积分：2x

【参考文献】