專利名稱：一種海氣二氧化碳通量測(cè)量裝置及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海氣測(cè)量領(lǐng)域，特別是一種海氣二氧化碳通量測(cè)量裝置及其測(cè)量方 法。
背景技術(shù)：
陸地或海洋與大氣之間的能量和物質(zhì)交換的定量研究是生物地球化學(xué)循環(huán)的重 要內(nèi)容，海氣間的氣體交換通量特別是co2交換通量的監(jiān)測(cè)、估算對(duì)我們深刻理解碳的生物 地球化學(xué)循環(huán)以及全球氣候變遷有重大意義。現(xiàn)有技術(shù)條件下，海氣C02通量難以直接用儀器測(cè)定。目前，得到國(guó)際上認(rèn)可的、 廣泛采用的計(jì)算海氣co2通量方法是海氣界面co2分壓差法。該方法采用表層海水及海表 大氣中的co2分壓值之差，結(jié)合海氣界面氣體交換速率對(duì)co2交換通量進(jìn)行估算。具體可用 式1表不。
式1中F是C02在海-氣界面的凈通量，KH C02在海水中的溶解度，是溫度和 鹽度的函數(shù)；k是界面氣體傳輸速率，是風(fēng)速(u)和斯密特?cái)?shù)(S。)的函數(shù)。目前C02分壓測(cè)量一般采用水氣平衡_非色散紅外測(cè)量法，該法由于采用的儀器 昂貴、操作復(fù)雜、功率消耗巨大等缺陷，目前主要用于船載走航測(cè)量中。近年來(lái)，基于酸堿指示劑和光纖技術(shù)的C02分壓測(cè)量傳感器已取得較大的進(jìn)步。 該技術(shù)高精度、快響應(yīng)、低功耗、高信價(jià)比，既適合于船載走航測(cè)量，又適合于長(zhǎng)期原位測(cè) 量，將是co2分壓測(cè)量技術(shù)的發(fā)展方向。基于酸堿指示劑和光纖技術(shù)的C02分壓測(cè)量傳感器的基本原理是利用選擇透過(guò)性 膜將待測(cè)樣品和指示劑緩沖溶液分開(kāi)，待測(cè)樣品中的co2滲透通過(guò)此膜，與膜另一側(cè)的指示 劑緩沖溶液達(dá)到新的平衡，通過(guò)測(cè)定指示劑酸態(tài)和堿態(tài)的吸光度，并由此計(jì)算出指示劑溶 液的PH值，然后根據(jù)指示劑溶液和碳酸鹽體系的電離、水解平衡關(guān)系得到pH和C02分壓的 關(guān)系，最終計(jì)算出樣品的C02分壓。具體可用式2、式3、式4和式5表示。[H+] 3+ ([Na+] -KaCHIn/ (Ka+ [H+])) [H+]2- (K^hpCO^Kj [H+] ^K^pCO, = 0 (式 5)式2中是樣品在波長(zhǎng)為\處的吸光度，SWU)是樣品在波長(zhǎng)為\處的光 譜，DWU)是樣品的暗電流，SK(X)是純水在波長(zhǎng)為\處的光譜，Dk(X)是純水的暗電流， L是光程長(zhǎng)度。式4中々卩是儀器在波長(zhǎng)為434nm和620nm處吸光度的比值(指示劑的酸態(tài)和堿態(tài) 的吸收峰分別在434nm和620nm)，e 434(HIn)和￡ 434(HIn)是指示劑的酸態(tài)在波長(zhǎng)分別為434nm 和620nm下的摩爾吸光系數(shù)。式5中分別為碳酸的一級(jí)和二級(jí)離解平衡常數(shù)，Kh為亨利常數(shù)，Ka為指示劑 離解平衡常數(shù)，CHIn是指示劑的總濃度，[Na+]是指示劑溶液中Na離子的濃度，&是水的離 解平衡常數(shù)。目前，基于酸堿指示劑和光纖技術(shù)的C02分壓測(cè)量傳感器技術(shù)還處于研究階段， 沒(méi)有商業(yè)化的儀器可購(gòu)買，并且最前沿的研究?jī)H限于利用該技術(shù)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)原位的表層海水 co2分壓測(cè)量?jī)x，還未見(jiàn)直接利用該技術(shù)同步測(cè)量表層海水及海表大氣中的co2分壓，進(jìn)而 估算海氣co2通量的研究報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種海氣二氧化碳通量測(cè)量裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有采用基于酸 堿指示劑和光纖技術(shù)的C02分壓測(cè)量傳感器，同步測(cè)量大氣、海水C02分壓，進(jìn)而估算海氣 C02通量的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的另外一個(gè)發(fā)明目的，在于提供一種基于該測(cè)量裝置的測(cè)量方法。要實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案如下一種海氣二氧化碳通量測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置包括控制與數(shù)據(jù)采集模塊，二氧 化碳分壓測(cè)量傳感器，進(jìn)樣模塊，進(jìn)樣模塊在控制與數(shù)據(jù)采集模塊的控制下，分別抽取水樣 和氣樣到二氧化碳分壓測(cè)量傳感器進(jìn)行測(cè)量，得到海氣二氧化碳通量。控制與數(shù)據(jù)采集模塊主要用于光譜儀數(shù)據(jù)采集、輔助參數(shù)采集、測(cè)量?jī)x_上位機(jī) 之間的通訊，以及系統(tǒng)供電控制。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案所述二氧化碳分壓測(cè)量傳感器，包括表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道和海表大氣 二氧化碳分壓測(cè)量通道；所述進(jìn)樣模塊包括水樣進(jìn)樣子模塊和氣樣進(jìn)樣子模塊兩個(gè)子模塊，水樣進(jìn)樣子模 塊設(shè)置于表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道，氣樣進(jìn)樣子模塊設(shè)置于海表大氣二氧化碳分壓 測(cè)量通道。作為再進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述二氧化碳分壓測(cè)量傳感器還包括光源和兩個(gè)光譜 儀，海水二氧化碳分壓測(cè)量通道和海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道分別設(shè)有光源接口和光 譜儀接口，光源通過(guò)“Y”型光纖與表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道和海表大氣二氧化碳分 壓測(cè)量通道的相應(yīng)光源接口相連，一臺(tái)光譜儀通過(guò)一條普通光纖與表層海水二氧化碳分壓 測(cè)量通道的光譜儀接口相連，另一臺(tái)光譜儀通過(guò)另一條普通光纖與海表大氣二氧化碳分壓 測(cè)量通道的光譜儀接口相連。作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述“Y”型光纖和普通光纖都為石英光纖。
作為一種優(yōu)選方案，所述石英光纖的纖芯直徑> 400微米，使用陶瓷插針，接頭采 用 SMA905。所述光源采用溴鎢燈，光譜范圍覆蓋300-1050nm ；微型光譜儀的波長(zhǎng)范圍覆蓋300nm llOOnm，光譜波長(zhǎng)分辨率小于等于lnm。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案所述水樣進(jìn)樣子模塊包括潛水水泵，海水過(guò)濾器，海水自吸泵，海水清洗模塊及海 水廢液模塊表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道設(shè)有海水進(jìn)樣口與海水排出口，海水過(guò)濾器設(shè)置 于表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道的海水進(jìn)樣口，潛水水泵設(shè)置于表層海水二氧化碳分壓 測(cè)量通道的海水排出口，潛水水泵工作時(shí)，海水將通過(guò)海水過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入表層海水二 氧化碳分壓測(cè)量通道，然后經(jīng)表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道的海水排出口排出；表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道設(shè)有試劑進(jìn)樣口與試劑出樣口，海水自吸泵的出 口連接到表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道的試劑進(jìn)樣口，海水自吸泵的入口連接海水清洗 模塊，海水自吸泵從海水清洗模塊泵入的試劑經(jīng)過(guò)表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道后排入 海水廢液模塊；所述氣樣進(jìn)樣子模塊包括氣體采樣水泵，氣體過(guò)濾器，氣體自吸泵，氣體清洗模塊 及氣體廢液模塊海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道設(shè)有氣體進(jìn)樣口與氣體排出口，氣體過(guò)濾器設(shè)置 于海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道的氣體進(jìn)樣口，氣體采樣氣泵設(shè)置于海表大氣二氧化碳 分壓測(cè)量通道的氣體排出口，氣體采樣氣泵工作時(shí)，氣體將通過(guò)氣體過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入海 表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道，然后經(jīng)海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道的氣體排出口排 出；海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道設(shè)有試劑進(jìn)樣口與試劑出樣口，氣體自吸泵的出 口連接到海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道的試劑進(jìn)樣口，氣體自吸泵的入口連接氣體清洗 模塊，氣體自吸泵從氣體清洗模塊泵入的試劑經(jīng)過(guò)海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道后排入 氣體廢液模塊。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案所述海水清洗模塊及氣體清洗模塊分別包括純水袋，指示劑袋和多于一個(gè)的清 洗液袋，多于一個(gè)的兩通電磁閥分別安裝于高純水袋，指示劑袋，和多于一個(gè)的清洗液袋的 出口處；海水清洗模塊的清洗液袋優(yōu)選為3個(gè)，兩通電磁閥優(yōu)選為5個(gè)；氣體清洗模塊的清洗液袋優(yōu)選為3個(gè)，兩通電磁閥優(yōu)選為5個(gè)；所述海水廢液模塊及氣體廢液模塊為廢液袋；海水自吸泵與多個(gè)兩通電磁閥配合使用，可以選擇向表層海水二氧化碳分壓測(cè)量 通道的試劑進(jìn)樣口泵入高純水、或指示劑、或任意一種清洗液，泵入的試劑經(jīng)過(guò)表層海水二 氧化碳分壓測(cè)量通道后排出到廢液袋；氣體自吸泵與多個(gè)兩通電磁閥配合使用，可以選擇向海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量 通道的試劑進(jìn)樣口泵入高純水、或指示劑、或任意一種清洗液，泵入的試劑經(jīng)過(guò)海表大氣二 氧化碳分壓測(cè)量通道后排出到廢液袋。
所述潛水水泵，海水過(guò)濾器，海水自吸泵，海水清洗模塊和海水廢液模塊通過(guò)硅膠 軟管連接；所述氣體采樣水泵，氣體過(guò)濾器，氣體自吸泵，氣體清洗模塊及氣體廢液模塊；所述硅膠軟管的內(nèi)徑滿足以下不等式1. 6毫米< 內(nèi)徑< 5毫米，并采用PTFE材 料制作；所述潛水水泵為微型直流潛水水泵，揚(yáng)程> 0. 6米；所述氣體自吸泵為微型直流氣體采樣泵，抽氣速度> 3L/min，并且該采樣泵可以 抽取富含水汽的氣體；所述兩通電磁閥的閥體材料為PTFE ；所述海水自吸泵及氣體自吸泵為微型自吸泵，泵體材料為PTFE ；所述海水過(guò)濾器及氣體過(guò)濾器為球型紫銅過(guò)濾器，由紫銅材料加工，其過(guò)濾孔徑 滿足以下不等式20微米<過(guò)濾孔徑< 3000微米。要實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個(gè)目的，采用的技術(shù)方案如下一種海氣二氧化碳測(cè)量方式，所述測(cè)量方式包括(701)在控制與數(shù)據(jù)采集模塊的控制下，進(jìn)樣模塊同步分別向表層海水二氧化碳 分壓測(cè)量通道和海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道的試劑進(jìn)樣口泵入清洗液1，待試劑排出 口有溶液排出時(shí)，停止泵入；(702)等待清洗液等待時(shí)間，再次同步分別泵入清洗液2，待試劑排出口有溶液排 出時(shí)，停止泵入；(703)等待清洗液等待時(shí)間，再次同步分別泵入清洗液3，待試劑排出口有溶液排 出時(shí)，停止泵入；(704)等待清洗液等待時(shí)間，再次同步分別泵入高純水；(705)等待高純水等待時(shí)間，再次同步分別泵入指示劑，待試劑排出口有溶液排出 時(shí)，停止泵入；(706)同步測(cè)量海表大氣和表層海水的二氧化碳分壓；(707)計(jì)算海氣二氧化碳通量。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述的清洗液等待時(shí)間滿足以下不等式30秒<清洗液 等待時(shí)間< 1分鐘，高純水等待時(shí)間滿足以下不等式3分鐘<高純水等待時(shí)間< 5分鐘。。作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述步驟(1002)的具體步驟為(901)控制與數(shù)據(jù)采集模塊的控制下，微型直流潛水水泵和微型直流氣體采樣泵 同時(shí)啟動(dòng)，將表層海水和海表大氣同步分別抽入表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道和海表大 氣二氧化碳分壓測(cè)量通道；(902)等待光源等待時(shí)間后，打開(kāi)光源；(903)等待光譜儀等待時(shí)間后，記錄兩臺(tái)光譜儀的光譜值，利用事先得出的計(jì)算方 法，計(jì)算海表大氣和表層海水的二氧化碳分壓值。作為再進(jìn)一步的優(yōu)選方案，3分鐘<光源等待時(shí)間< 5分鐘，光譜儀等待時(shí)間滿足 以下不等式30秒<光譜儀等待時(shí)間< 1分鐘。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了基于酸堿指示劑和光纖技術(shù)的C02分壓測(cè)量傳感器技術(shù)，同步測(cè)量 表層海水及海表大氣中的co2分壓，進(jìn)而估算海氣co2通量的裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，功耗低，適合于錨定平臺(tái)的、長(zhǎng)時(shí)間序列自動(dòng)觀測(cè)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖所示，一種海氣C02通量測(cè)量裝置，其包括控制與數(shù)據(jù)采集模塊，附圖中紫紅 色虛線框內(nèi)所示；C02分壓測(cè)量傳感器，附圖中紅色環(huán)狀虛線框內(nèi)所示；進(jìn)樣模塊，附圖中 藍(lán)色虛線框內(nèi)所示?？刂婆c數(shù)據(jù)采集模塊主要用于光譜儀數(shù)據(jù)采集、輔助參數(shù)采集、測(cè)量?jī)x_上位機(jī) 之間的通訊，以及系統(tǒng)供電控制。C02分壓測(cè)量傳感器，包括表層海水C02分壓測(cè)量通道(1)，海表大氣C02分壓測(cè) 量通道(2)，光源(3)，光譜儀1 (4)，光譜儀2 (5)，“Y”石英光纖(6)，普通石英光纖1 (7)，和 普通石英光纖2 (8)。光源(3)通過(guò)“Y”石英光纖(6)與表層海水C02分壓測(cè)量通道(1)和 海表大氣C02分壓測(cè)量通道(2)的相應(yīng)光源接口相連，光譜儀1(4)通過(guò)普通石英光纖1(7) 與表層海水C02分壓測(cè)量通道(1)的光譜儀接口相連，光譜儀2 (5)通過(guò)普通石英光纖2 (8) 與海表大氣C02分壓測(cè)量通道(2)的光譜儀接口相連。進(jìn)樣模塊包括水樣進(jìn)樣子模塊和氣樣進(jìn)樣子模塊兩個(gè)子模塊。水樣進(jìn)樣子模塊包括微型直流潛水水泵(9)，球型紫銅過(guò)濾器1 (10)，微型自吸泵
1(11)，微型兩通電磁閥1 (12)，微型兩通電磁閥2(13)，微型兩通電磁閥3(14)，微型兩通電 磁閥4 (15)，微型兩通電磁閥5 (16)，高純水袋1 (17)，指示劑袋1 (18)，清洗液袋1 (19)，清洗 液袋2(20)，清洗液袋3(21)，廢液袋1 (22)，以及一些用于連接的硅膠軟管。球型紫銅過(guò)濾器1 (10)安裝于表層海水C02分壓測(cè)量通道(1)的海水進(jìn)樣口，微 型直流潛水水泵(9)安裝于表層海水C02分壓測(cè)量通道(1)的海水排出口，微型直流潛水 水泵(9)工作時(shí)，海水將通過(guò)球型紫銅過(guò)濾器1(10)過(guò)濾后進(jìn)入表層海水C02分壓測(cè)量通 道(1)，然后經(jīng)表層海水C02分壓測(cè)量通道(1)的海水排出口排出。微型自吸泵1(11)的出口連接到表層海水C02分壓測(cè)量通道(1)的試劑進(jìn)樣口， 微型自吸泵1 (11)的入口連接高純水袋1 (17)，指示劑袋1 (18)，清洗液袋1 (19)，清洗液袋
2(20)，和清洗液袋3 (21)。微型兩通電磁閥1 (12)，2 (13)，3 (14)，4 (15)，和5 (16)分別安裝 于高純水袋1 (17)，指示劑袋1 (18)，清洗液袋1 (19)，2 (20)，和3 (21)的出口處，微型自吸 泵1(11)與微型兩通電磁閥1(12)，2(13)，3(14)，4(15)，5(16)配合使用，可以選擇向表層 海水C02分壓測(cè)量通道(1)的試劑進(jìn)樣口泵入高純水、或指示劑、或清洗液1、或清洗液2， 或清洗液3，泵入的試劑經(jīng)過(guò)表層海水C02分壓測(cè)量通道(1)后，排入廢液袋1 (22)。氣樣進(jìn)樣子模塊包括微型直流氣體采樣泵(23)，球型紫銅過(guò)濾器2 (24)，微型自 吸泵2 (25)，微型兩通電磁閥6 (26)，微型兩通電磁閥7 (27)，微型兩通電磁閥8 (28)，微型 兩通電磁閥9 (29)，微型兩通電磁閥10 (30)，高純水袋2 (31)，指示劑袋2 (32)，清洗液袋 4(33)，清洗液袋5 (34)，清洗液袋6(35)，廢液袋2 (36)，以及一些用于連接的硅膠軟管。球型紫銅過(guò)濾器2 (24)安裝于海表大氣C02分壓測(cè)量通道(2)的大氣進(jìn)樣口，微型直流氣體采樣泵(23)安裝于海表大氣C02分壓測(cè)量通道(2)的大氣排出口，微型直流氣 體采樣泵(23)工作時(shí)，海表大氣將通過(guò)球型紫銅過(guò)濾器2 (24)過(guò)濾后進(jìn)入海表大氣C02分 壓測(cè)量通道(2)，然后經(jīng)海表大氣C02分壓測(cè)量通道(2)的大氣排出口排出。微型自吸泵2 (25)的出口連接到海表大氣C02分壓測(cè)量通道(2)的試劑進(jìn)樣口， 微型自吸泵2 (25)的入口連接高純水袋2 (31)，指示劑袋2 (32)，清洗液袋4 (33)，清洗液袋 5 (34)，和清洗液袋6 (35)。微型兩通電磁閥6 (26)，7 (27)，8 (28)，9 (29)，和10 (30)分別安 裝于高純水袋2 (31)，指示劑袋2 (32)，清洗液袋4 (33)，5 (34)，和6 (35)的出口處，微型自吸 泵2(25)與微型兩通電磁閥6 (26)，7 (27)，8 (28)，9 (29)，10 (30)配合使用，可以選擇向海表 大氣C02分壓測(cè)量通道(2)的試劑進(jìn)樣口泵入高純水、或指示劑、或清洗液1、或清洗液2， 或清洗液3，泵入的試劑經(jīng)過(guò)海表大氣C02分壓測(cè)量通道(2)后，排入廢液袋2(36)。以一次測(cè)量為例，表明本發(fā)明的工作方式。首先清洗C02分壓測(cè)量傳感器，泵入指示劑。過(guò)程如下控制與數(shù)據(jù)采集模塊的控 制下，微型自吸泵1(11)和微型自吸泵2 (25)同步分別向表層海水C02分壓測(cè)量通道(1) 和海表大氣C02分壓測(cè)量通道(2)的試劑進(jìn)樣口泵入清洗液1，待試劑排出口，有溶液分別 進(jìn)入廢液袋1(22)和廢液袋2(36)時(shí)，停止微型自吸泵1(11)和微型自吸泵2(25)；等待30 秒，再次啟動(dòng)微型自吸泵1 (11)和微型自吸泵2 (25)，同步分別泵入清洗液2，待試劑排出 口，有溶液分別進(jìn)入廢液袋1(22)和廢液袋2(36)時(shí)，停止；等待30秒，再次啟動(dòng)微型自吸 泵1 (11)和微型自吸泵2 (25)，同步分別泵入清洗液3，待試劑排出口，有溶液分別進(jìn)入廢液 袋1(22)和廢液袋2 (36)時(shí)，停止；等待30秒，再次啟動(dòng)微型自吸泵1(11)和微型自吸泵 2(25)，同步分別泵入高純水；等待3分鐘，同步分別泵入指示劑，待試劑排出口，有溶液分 別進(jìn)入廢液袋1(22)和廢液袋2(36)時(shí)，停止。然后同步測(cè)量海表大氣和表層海水的C02分壓。過(guò)程如下控制與數(shù)據(jù)采集模塊 的控制下，微型直流潛水水泵(9)和微型直流氣體采樣泵(23)同時(shí)啟動(dòng)，將表層海水和海 表大氣同步分別抽入表層海水C02分壓測(cè)量通道(1)和海表大氣C02分壓測(cè)量通道(2)，等 待3分鐘后，打開(kāi)光源(3)，等待30秒后，記錄光譜儀1(4)，光譜儀2 (5)的光譜值，利用事 先得出的計(jì)算方法，計(jì)算海表大氣和表層海水的C02分壓值，進(jìn)而估算海氣C02通量，關(guān)閉 微型直流潛水水泵(9)和微型直流氣體采樣泵(23)。本實(shí)施例中，所有石英光纖為纖芯直徑600微米，陶瓷插針，接頭SMA905 ；光源 為溴鎢燈，光譜范圍300-1050nm，色溫為3100K ；微型光譜儀的波長(zhǎng)范圍300nm llOOnm， 光譜波長(zhǎng)分辨率lnm ；所有硅膠軟管的內(nèi)徑1. 6毫米，外徑為3. 2毫米，PTFE材料制作；所 有兩通電磁閥的閥體材料為PTFE ；所有微型自吸泵泵體材料為PTFE ；微型直流潛水水泵， 揚(yáng)程0. 6米；微型直流氣體采樣泵抽氣速度3L/min，可抽取富含水汽的氣體；球型紫銅過(guò)濾 器1過(guò)濾孔徑200微米；球型紫銅過(guò)濾器2過(guò)濾孔徑1000微米。
權(quán)利要求
一種海氣二氧化碳通量測(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)量裝置包括控制與數(shù)據(jù)采集模塊，二氧化碳分壓測(cè)量傳感器，進(jìn)樣模塊，進(jìn)樣模塊在控制與數(shù)據(jù)采集模塊的控制下，分別抽取水樣和氣樣到二氧化碳分壓測(cè)量傳感器進(jìn)行測(cè)量，得到海氣二氧化碳通量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于所述二氧化碳分壓測(cè)量傳感器，包括表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道和海表大氣二氧 化碳分壓測(cè)量通道；所述進(jìn)樣模塊包括水樣進(jìn)樣子模塊和氣樣進(jìn)樣子模塊兩個(gè)子模塊，水樣進(jìn)樣子模塊設(shè) 置于表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道，氣樣進(jìn)樣子模塊設(shè)置于海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量 通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述二氧化碳分壓測(cè)量傳感器還包 括光源和兩個(gè)光譜儀，海水二氧化碳分壓測(cè)量通道和海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道分別 設(shè)有光源接口和光譜儀接口，光源通過(guò)“Y”型光纖與表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道和海 表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道的相應(yīng)光源接口相連，一臺(tái)光譜儀通過(guò)一條普通光纖與表層 海水二氧化碳分壓測(cè)量通道的光譜儀接口相連，另一臺(tái)光譜儀通過(guò)另一條普通光纖與海表 大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道的光譜儀接口相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述“Y”型光纖和普通光纖都為石英 光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的測(cè)量裝置，其特征在于所述水樣進(jìn)樣子模塊包括潛水水泵，海水過(guò)濾器，海水自吸泵，海水清洗模塊及海水廢 液模塊表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道設(shè)有海水進(jìn)樣口與海水排出口，海水過(guò)濾器設(shè)置于表 層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道的海水進(jìn)樣口，潛水水泵設(shè)置于表層海水二氧化碳分壓測(cè)量 通道的海水排出口，潛水水泵工作時(shí)，海水將通過(guò)海水過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入表層海水二氧化 碳分壓測(cè)量通道，然后經(jīng)表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道的海水排出口排出；表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道設(shè)有試劑進(jìn)樣口與試劑出樣口，海水自吸泵的出口 連接到表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道的試劑進(jìn)樣口，海水自吸泵的入口連接海水清洗模 塊，海水自吸泵從海水清洗模塊泵入的試劑經(jīng)過(guò)表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道后排入海 水廢液模塊；所述氣樣進(jìn)樣子模塊包括氣體采樣水泵，氣體過(guò)濾器，氣體自吸泵，氣體清洗模塊及氣 體廢液模塊海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道設(shè)有氣體進(jìn)樣口與氣體排出口，氣體過(guò)濾器設(shè)置于海 表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道的氣體進(jìn)樣口，氣體采樣氣泵設(shè)置于海表大氣二氧化碳分壓 測(cè)量通道的氣體排出口，氣體采樣氣泵工作時(shí)，氣體將通過(guò)氣體過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入海表大 氣二氧化碳分壓測(cè)量通道，然后經(jīng)海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道的氣體排出口排出；海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道設(shè)有試劑進(jìn)樣口與試劑出樣口，氣體自吸泵的出口 連接到海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道的試劑進(jìn)樣口，氣體自吸泵的入口連接氣體清洗模 塊，氣體自吸泵從氣體清洗模塊泵入的試劑經(jīng)過(guò)海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道后排入氣 體廢液模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量裝置，其特征在于所述海水清洗模塊及氣體清洗模塊分別包括純水袋，指示劑袋和多于一個(gè)的清洗液 袋，多于一個(gè)的兩通電磁閥分別安裝于高純水袋，指示劑袋，和多于一個(gè)的清洗液袋的出口 處；所述海水廢液模塊及氣體廢液模塊為廢液袋；海水自吸泵與多個(gè)兩通電磁閥配合使用，可以選擇向表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道 的試劑進(jìn)樣口泵入高純水、或指示劑、或任意一種清洗液，泵入的試劑經(jīng)過(guò)表層海水二氧化 碳分壓測(cè)量通道后排出到廢液袋；氣體自吸泵與多個(gè)兩通電磁閥配合使用，可以選擇向海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道 的試劑進(jìn)樣口泵入高純水、或指示劑、或任意一種清洗液，泵入的試劑經(jīng)過(guò)海表大氣二氧化 碳分壓測(cè)量通道后排出到廢液袋。
7.一種海氣二氧化碳測(cè)量方式，采用權(quán)利要求1 6任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其特征在 于，所述測(cè)量方式包括(701)在控制與數(shù)據(jù)采集模塊的控制下，進(jìn)樣模塊同步分別向表層海水二氧化碳分壓 測(cè)量通道和海表大氣二氧化碳分壓測(cè)量通道的試劑進(jìn)樣口泵入清洗液1，待試劑排出口有 溶液排出時(shí)，停止泵入；(702)等待清洗液等待時(shí)間，再次同步分別泵入清洗液2，待試劑排出口有溶液排出 時(shí)，停止泵入；(703)等待清洗液等待時(shí)間，再次同步分別泵入清洗液3，待試劑排出口有溶液排出 時(shí)，停止泵入；(704)等待清洗液等待時(shí)間，再次同步分別泵入高純水；(705)等待高純水等待時(shí)間，再次同步分別泵入指示劑，待試劑排出口有溶液排出時(shí)， 停止泵入；(706)同步測(cè)量海表大氣和表層海水的二氧化碳分壓；(707)計(jì)算海氣二氧化碳通量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)量方式，其特征在于，所述的清洗液等待時(shí)間滿足以下不 等式30秒<清洗液等待時(shí)間< 1分鐘，高純水等待時(shí)間滿足以下不等式3分鐘<高純水 等待時(shí)間<5分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測(cè)量方式，其特征在于，所述步驟(706)的具體步驟為(901)控制與數(shù)據(jù)采集模塊的控制下，微型直流潛水水泵和微型直流氣體采樣泵同時(shí) 啟動(dòng)，將表層海水和海表大氣同步分別抽入表層海水二氧化碳分壓測(cè)量通道和海表大氣二 氧化碳分壓測(cè)量通道；(902)等待光源等待時(shí)間后，打開(kāi)光源；(903)等待光譜儀等待時(shí)間后，記錄兩臺(tái)光譜儀的光譜值，計(jì)算海表大氣和表層海水的二氧化碳分壓值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測(cè)量方式，其特征在于，所述光源等待時(shí)間滿足以下不等 式3分鐘<光源等待時(shí)間< 5分鐘，光譜儀等待時(shí)間滿足以下不等式30秒<光譜儀等待 時(shí)間< 1分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及海氣測(cè)量領(lǐng)域，特別是一種海氣二氧化碳通量測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。一種海氣二氧化碳通量測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置包括控制與數(shù)據(jù)采集模塊，二氧化碳分壓測(cè)量傳感器，進(jìn)樣模塊，進(jìn)樣模塊在控制與數(shù)據(jù)采集模塊的控制下，分別抽取水樣和氣樣到二氧化碳分壓測(cè)量傳感器進(jìn)行測(cè)量，得到海氣二氧化碳通量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了基于酸堿指示劑和光纖技術(shù)的CO2分壓測(cè)量傳感器技術(shù)，同步測(cè)量表層海水及海表大氣中的CO2分壓，進(jìn)而估算海氣CO2通量的裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，功耗低，適合于錨定平臺(tái)的、長(zhǎng)時(shí)間序列自動(dòng)觀測(cè)。
文檔編號(hào)G01N1/24GK101852723SQ20101019635
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者葉海彬, 孫兆華, 曹文熙, 楊躍忠, 王桂芬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所