一种海洋浊度传感器带压比测装置及比测方法与流程

本发明涉及海洋化学类仪器性能测试，特别是涉及一种海洋浊度传感器带压比测装置及比测方法。

背景技术：

1、海洋浊度传感器溯源的原理是以某种标准物质为量值载体，通过校准或比测方式建立起传感器与国家基准的关联，同时通过海洋专用流程和数据计算模型消除高盐、温度等环境干扰，最终实现海洋浊度传感器的测量值能够追溯至国际或国家浊度基准，给出传感器实测的修正值。

2、在海洋浊度传感器的量值保障体系中，校准和比测是两类核心操作。校准是建立传感器与标准量值的定量关联，比测是验证传感器测量值的一致性、准确性或适用性，二者在目的、标准要求、操作逻辑上有明确边界。校准以可追溯至国家或国际浊度基准的标准物质为依据，在受控环境下，通过多点测量建立传感器“测量值”与“标准浊度值”的定量关系，明确传感器的系统误差，最终实现量值溯源的操作。比测是在实验室条件下，将待评估的海洋浊度传感器与已校准合格的参考标准（如某一高精度标准浊度计）进行同步测量，通过对比两者的测量结果，验证传感器测量值的一致性、准确性或适用性，做出合格判定或偏差评估的操作。

3、传统的海洋浊度传感器性能测试是在常态大气压力环境下，利用海水为测试介质溶液，通过在其内部添加标准物质或标准颗粒形成定值的液态测试环境，然后将被测试传感器放入其中，测量溶液标准值，并将测试差值通过公式计算反馈给应用客户，形成测试报告数据。

4、然而，近年随着深海应用的发展，行业内发现在深海压力环境下，依据常态大气压力测试出的浊度数据会发生较大偏差，不能准确反应深海环境中的实时测量数据。传统的浊度传感器常态大气压力测量已不适用于深海工况，存在如下问题或不足：

5、1）传统测试方法不适宜：传统的浊度传感器测试方法以实验室常态大气环境为测试背景，其给出的修正系数仅在常压大气环境或水深100m以内条件下适用。当浊度传感器应用深度大于100m之后，利用传统测试方法给出的修正值便发生了偏离，不能满足深水环境下的修正需求。

6、2）传统海试比测方法不适宜：传统海试期间浊度传感器比测方法是采用多个浊度传感器同时搭载深水平台抵达海底，一起测量水下浊度参数，然后以某一高精度传感器为基准给出其他传感器水下实时测量值，并以加权平均方式计算。但若深度已经影响浊度传感器的性能指标，采用此方式也不能剔除偏离，且每个传感器在深海条件下的误差未知，得到的测量数据仍可能是错误的。

7、3）测试装置缺失：传统的浊度传感器测试方法是在实验室常态大气环境下用高准确度的标准物质去测试低准确度传感器，然后给出量值传递真值和修正值。但在深海工况下，压力要素会影响此测试过程的准确性，故需要一套叠加压力参数的测试装置。而目前行业暂无成型的测试装置，尚属于装置缺失空白状态。

8、4）测试数据计算模型不合理：传统浊度传感器溯源方式是以标准物质为真值传递给测试传感器，并建立相应关系模型，通过计算给出修正值。但当前的数学计算模型未引入压力参数，故仅适用于常压大气环境或水深100m以内条件。若要准确反应深海工况下的修正结果，则需要在数据计算模型中加入压力要素，给出不同深度压力条件下的修正值，提高测试准确性。

9、因此，亟需一种能够在模拟深海压力环境下开展浊度传感器“压力-浊度”联合参数溯源的装置及方法。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种海洋浊度传感器带压比测装置及测试方法，具有结构简单、制造方便、试验准确迅速、可复现性好的特点，从根本上解决了我国海洋化学类仪器性能测试领域尚无浊度带压比测装置和测试方法的问题，改进了传统测试方法不适宜问题、传统海试比测方法不适宜问题、测试装置缺失问题和测试数据计算模型不合理问题，为海洋化学类仪器性能测试提供了一种新的手段。

2、本发明采用如下技术方案实现，一种海洋浊度传感器带压比测装置，包括：

3、水压试验系统，用于提供模拟深海压力环境；

4、带压浊度比测装置，设置于所述水压试验系统内；

5、被测浊度传感器，设置于所述带压浊度比测装置内部；

6、其中，所述带压浊度比测装置包括密封舱体、压力平衡组件、搅拌组件、内部压力监测组件和安装底座，所述密封舱体由上端盖、浊度装置主舱体和下端盖密封连接而成；所述压力平衡组件安装于下端盖底部，其内部与密封舱体连通，并能够在外界压力作用下通过体积变化使密封舱体内外压力平衡；所述搅拌组件包括耐压伺服电机和搅拌桨，耐压伺服电机安装于下端盖底部，并通过联动轴承驱动位于密封舱体内的搅拌桨；所述内部压力监测组件包括压力传感器和用于保护该压力传感器的传感器护罩，压力传感器安装于上端盖顶部，用于监测密封舱体内的实时压力；所述安装底座设置于密封舱体底部，用于支撑密封舱体并容纳保护压力平衡组件和搅拌组件；

7、所述被测浊度传感器包括至少一台高精度标准浊度传感器和至少一台低精度被比测浊度传感器，压力传感器、高精度标准浊度传感器、低精度被比测浊度传感器分别通过耐压数据线缆引出至终端数据分析仪。

8、在上述技术方案中，优选的，所述压力传感器护罩、压力传感器、上端盖、浊度装置主舱体、安装底座、压力平衡组件、耐压伺服电机、下端盖和搅拌桨均为可拆卸结构，能够根据不同水压试验系统的尺寸改变所述密封舱体的有效空间。

9、在上述技术方案中，优选的，所述压力传感器护罩、压力传感器、上端盖、浊度装置主舱体、安装底座、压力平衡组件、耐压伺服电机、下端盖和搅拌桨均为可拆卸结构，能够根据不同被测浊度传感器的尺寸改变所述密封舱体的有效空间，并通过增加上端盖处耐压数据线缆的数量，实现多套传感器同时测量。

10、在上述技术方案中，优选的，所述压力平衡组件为体积可调的耐压平衡橡胶囊，调节其体积能够使所述带压浊度比测装置适用于不同水压测试范围，最高可扩展至全海深110mpa环境。

11、在上述技术方案中，优选的，所述耐压伺服电机和搅拌桨为转速可调结构，能够实现带压条件下0～300r/min范围内的速度连续变化，适应选用不同浊度标准颗粒的测试需求。

12、本发明还提供一种利用上述带压比测装置的海洋浊度传感器带压比测方法，包括以下步骤：

13、s1、在常压状态下，将所述被测浊度传感器放入标准溶液常态测试区进行常压性能测试与溯源，获得基础背景数据并存入终端数据分析仪；

14、s2、将所述被测浊度传感器重新放入所述带压浊度比测装置的密封舱体内，并注入与步骤s1相同的海水浊度试剂，调节耐压伺服电机选取与常压状态下溶液悬浊度保持一致的搅拌桨搅拌速度；然后关闭耐压伺服电机，完成带压浊度比测装置的密封，将其连同内部的多台浊度传感器一起放入水压试验系统内，并将各耐压数据线缆引出至终端数据分析仪；

15、s3、利用水压试验系统模拟不同深度的水下压力环境，逐级施加预定压力值；

16、在每个预定压力值下，开启压力传感器确认带压浊度比测装置内部压力，然后启动耐压伺服电机驱动搅拌桨使内部试验溶液均匀，待搅拌稳定后开启被测浊度传感器进行实时数据测量，并通过各耐压数据线缆将数据传输存储至终端数据分析仪；完成当前压力值的测量后，关闭耐压伺服电机，继续升压至下一预定压力值，重复此步骤，直至完成所有预定压力值条件下的测量；

17、s4、将水压试验系统内的压力降至常压，取出带压浊度比测装置和被测浊度传感器；

18、s5、将终端数据分析仪中存储的常压测试数据与带压测试数据进行对比分析，生成浊度传感器带压比测数据报告。

19、在上述技术方案中，优选的，步骤s3中，所述水压试验系统模拟的深度范围为0～6000m，对应的压力范围为常压至60mpa，并且可通过增大压力平衡组件的体积调节范围将模拟压力扩展至110mpa。

20、在上述技术方案中，优选的，步骤s3中，所述搅拌稳定时间为5分钟。

21、在上述技术方案中，优选的，步骤s3中，开启压力传感器后，先将所测压力值与水压试验系统自身的压力表示值进行一致性比对，确认无偏差后再启动耐压伺服电机进行搅拌。

22、在上述技术方案中，优选的，所述被测浊度传感器中，高精度标准浊度传感器的分辨率高于低精度被比测浊度传感器分辨率的3倍。

23、本发明具有的优点和积极效果是：

24、1.本发明采用传统机械结构和耐压密封结构设计思路，主要由压力传感器护罩、压力传感器、上端盖、浊度装置主舱体、安装底座、耐压平衡橡胶囊、耐压伺服电机、下端盖和三叶式搅拌桨等组成。各部分均为标准化零件，总体集成到一起后，解决了传统测试方法不适宜、传统海试比测方法不适宜、测试装置缺失和测试数据计算模型不合理等问题，为我国涉海检测机构提供了化学参数传感器综合性能测试的新手段。

25、2.本发明所有部件均为工业级产品，其中压力传感器和伺服电机均为成熟工业产品，由外部耐压壳体实现密封抗压，无特殊定制部件，结构简单、便于市场采购。使用时，组装快捷方便，便于检修和拆装清理。同时方便运输，可在不同试验机构的水压试验舱内使用。

26、3.本发明所有金属部件均选用316l不锈钢材质，抗海水腐蚀能力强，装置可靠性高。压力传感器和耐压伺服电机均不直接承受外部压力，无超压损坏风险。耐压伺服电机和耐压壳体组装在一起，使用时外壳浸泡在水压试验舱的水介质内，可高效散热，避免过热引发故障；且压力传感器和耐压伺服电机可进行压力准确性和转速性能溯源，保证了工作期间的准确性高。

27、4.本发明包含的浊度装置主舱体、上端盖、下端盖尺寸可参照不同水压试验机构的水压试验舱的尺寸进行灵活缩放调节，其他部件无需大改动即可组装使用。同时，通过加大耐压平衡橡胶囊的体积，可实现扩展平衡压力范围最高至110mpa。基本满足国内各具备水压试验舱的化学测试机构使用需求，适用空间兼容性强。

28、5.本发明的带压浊度比测装置下端盖安装的耐压伺服电机选用大扭矩直流电机，可实现带压条件下0~300r/min的连续调速范围，试验介质搅拌速度可控。试验期间可依据内部介质溶解的悬浊度需求，进行转速调节，从而完成均匀搅拌。当介质密度发生变化时，亦可随之发生改变，完成控制要求。

29、6.本发明试验可选用福尔马肼颗粒作为标准浊度颗粒，该颗粒具有耐压性强、稳定性强、不易溶于水的特点，试验时可根据浊度装置主舱体内部有效空间控制添加量，形成不同的测试浊度（浓度）需求。此外，还可选取其他稳定性强的抗压、不溶于海水颗粒介质作为浊度标准颗粒，使本装置的试验介质浊度范围实现灵活可控。