海氣二氧化碳原位監(jiān)測系統(tǒng)
設(shè)備特點：
√高度自動化，操作簡單
√海氣二氧化碳同步測
√銅鎳合金保護頭，防止生物附著
√硅膜快速分離水中CO2，T90<3min
√檢測器：LI-COR 840x，精度高
√采樣頻率1Hz
√標(biāo)氣自動校準(zhǔn)
√自動調(diào)零
√體積小、耗電低、易安裝
√溫度、壓力自動補償
√數(shù)據(jù)實時存儲
√可集成于浮標(biāo)或獨立運行
√接入SOCAT或ICOS數(shù)據(jù)庫平臺
√NMEA-0183數(shù)據(jù)，RS232/485傳輸，兼容性高
√集成其他探頭
應(yīng)用舉例——集成其他多個傳感器
系統(tǒng)介紹
SubCtech在海洋儀器領(lǐng)域具有超過26年的歷史，是一家獨資企業(yè)，具有高度的生產(chǎn)、研發(fā)自主性。儀器多個組件具有很強的技術(shù)*性、測量準(zhǔn)確性以及良好的耐用性。SubCtech公司與德國霍姆赫茲研究所的GEOMAR研究院長期合作，保證所有的研發(fā)設(shè)計都達到較優(yōu)品質(zhì)，公司具有ISO 13628-6 和 API17f 認證的專業(yè)海洋儀器設(shè)計研發(fā)資質(zhì)，以及ISO 9001:2015認證的生產(chǎn)制造資質(zhì)，公司工程師均具有高標(biāo)準(zhǔn)的IPC-A-600/610-3到SIL-2資格認證。
海氣二氧化碳原位監(jiān)測系統(tǒng)是一個高度集成的一體化系統(tǒng)，可以兼容多個探頭，用于測量pH、DO、CTD等數(shù)據(jù)，還可以加載電池，實現(xiàn)全自動運行。適用范圍廣泛，可以集成于浮標(biāo)，也可以獨立運行。OceanPackTM Buoy原位二氧化碳分析儀具有高性能、較強穩(wěn)定性和適應(yīng)性、極大減少人工參與的自主化操作能力，以及可擴展的系統(tǒng)設(shè)計，滿足各項的系統(tǒng)要求。
OceanPackTM的設(shè)計使其在水-氣CO2測量領(lǐng)域備受好評。二氧化碳分析儀集成在?200 x 500mm的POM外殼之中，將整個儀器沒入水中，通過外置進氣箱采集大氣中二氧化碳，能夠在兩者之間實現(xiàn)切換測量。相比于市場上其他產(chǎn)品我們采用了特殊的膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)二氧化碳向檢測倉中的擴散，檢測倉中裝載成熟的LI-COR®系列分析儀，檢測二氧化碳濃度并輸出信號，相比于利用滲透作用實現(xiàn)分壓平衡的儀器，膜法平衡器受滲透率、濃差極化與透膜率的影響，倉中氣體變化平緩，因此信號非常平滑，另外由于操作簡單，檢測過程耗時短、響應(yīng)快，且數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。
系統(tǒng)集成工作狀態(tài)穩(wěn)定的紅外分析儀LI-COR® LI-840x系列，是目前市面上測量精度比較準(zhǔn)確、長時間使用性能比較穩(wěn)定的，且基本無需維護的二氧化碳分析儀。應(yīng)用于海洋環(huán)境中表層海水及大氣中CO2/H2O濃度，及其相關(guān)參數(shù)（溫度、鹽度、pH）的監(jiān)測。儀器自帶切換海水/大氣測量所需的全部軟件和硬件，支持測量水體和空氣CO2的時間和周期能夠自由調(diào)整。切換時間1分鐘即可得到穩(wěn)定數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制軟件兼容性強，系統(tǒng)具有完善的自監(jiān)測功能，包括系統(tǒng)自監(jiān)測和測量數(shù)據(jù)監(jiān)測等，以保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，在無人操作的情況下也可自我運轉(zhuǎn)。
OceanPackTM幾乎可兼容多個探頭，擴展其應(yīng)用。相關(guān)參數(shù)可以基本實現(xiàn)同步測量，測量得到的數(shù)據(jù)通過主機內(nèi)的數(shù)據(jù)采集器實時顯示在屏幕中，無需另外增加旁路，也無需將數(shù)據(jù)導(dǎo)出后再進行復(fù)雜計算。用戶也可根據(jù)需要選擇是否在旁路增加更多的分析儀進行相關(guān)參數(shù)的測量。
主要參數(shù)
1. 基本參數(shù)
主機質(zhì)量：16kg （空氣中），0.5kg （水中）
主機尺寸：?200 × 500mm
主機材質(zhì)：POM
進氣單元：0.35kg，15×25cm，防水等級IP68
進氣單元安裝：水面以上
耐壓深度：50m
工作電源：12-30V DC
峰值功率：25W（預(yù)熱），平均12W
測量范圍: 0-3000 ppm CO2; 0-80 ppt H2O
精度：±0.1% FS
分辨率：0.01ppm CO2; 0.001 ppt H2O
采樣頻率：1Hz
校準(zhǔn)功能：兩點校準(zhǔn)（零點、標(biāo)氣）
數(shù)據(jù)接口：USB接口和RS232/485
數(shù)據(jù)協(xié)議：NMEA-0183 ASCII
操作界面：觸屏式一鍵設(shè)置
2.其他參數(shù)
安裝平臺：浮標(biāo)、監(jiān)測站、帆船、AUV、ROV等
可選組件：
1.TopBox。TopBox作為一個單獨的外接裝置，可以在內(nèi)部安裝GPS、LI-COR分析儀等其他組件。TopBox安裝在水面以上，也可作為一個獨立設(shè)備單元。
2.電池。儀器通過SubCtech開發(fā)的可充電鋰離子電池進行供電，擺脫安裝平臺的供電限制，實現(xiàn)自主獨立運行。
3.控制盒。通過控制盒更改儀器的時序設(shè)置及運行狀態(tài)，為測試提供方便。
4.可選探頭：pH、DO、PAH、溫度、鹽度、CTD、葉綠素、濁度等。
三、OceanPackTM Buoy核心優(yōu)勢
1. 產(chǎn)品對比
對比項目 | 德國SubCtech | 美國Battelle | 加拿大Pro-Oceanus |
二氧化碳檢測范圍 | 0-3000 ppm | 100-600 ppm | 0-1000ppm |
檢測器類型 | LI-COR 840 | LI-COR 820 | 紅外檢測器 |
采樣周期 | 1s | 18min | 1.6s |
補償功能 | 自動補償 | 無 | 自動補償 |
精度 | ±0.1%FS | ±0.3%FS | ±0.5%FS |
適用浮標(biāo) | 都適用 | 直徑≥3米 | 都適用 |
自動校準(zhǔn) | 兩點 | 兩點 | 一點 |
操作界面 | 觸屏式一鍵設(shè)置 | 指令型 | 指令型 |
2. 主要性能優(yōu)勢
德國SubCtech分析儀性能提升 | 傳統(tǒng)二氧化碳分析儀 | |
傳感器原理 | 高性能LI-COR®LI-840X分析儀，包含雙波長NDIR專用于檢測CO2和H2O； | 只有紅外探測器IR，測量精度不準(zhǔn)確，且性能不穩(wěn)定，易受其他氣體影響 |
量程 | CO2：0-3000 ppm；H2O：0-80ppt；CO2≤20000 ppm； | 量程為100-600ppm，可應(yīng)用范圍較小 |
分辨率 | CO2：0.01 ppm；H2O：0.001 ppt | 對于H2O的分辨率不高 |
采樣速率 | 典型輸出頻率1Hz，帶可選平均；用戶可通過觸屏式控制盒進行一鍵設(shè)置，存儲速率可配置 | 采樣頻率要通過控制器進行控制，且采樣頻率較為單一，無法根據(jù)實際情況進行設(shè)置 |
空氣二氧化碳 | 通過IP68級防水進氣盒采集空氣進行分析，以計劃好的時間間隔自動分析，切換快；使用空氣二氧化碳口和額外的進氣口 | 水氣二氧化碳切換速度較慢，且操作不便 |
校準(zhǔn) | 可自動進行校準(zhǔn) | 需要人工定期進行校準(zhǔn) |
數(shù)據(jù)接口 | RS-232或RS-485；標(biāo)準(zhǔn)ASCII NMEA-0183數(shù)據(jù)協(xié)議；易于集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中；選購無線鏈路，如以太網(wǎng)，無線局域網(wǎng)等。 | 僅有RS-232串口輸出，不易擴展，且傳輸速度較慢 |
外部傳感器 | 營養(yǎng)鹽分析儀；水質(zhì)采樣器；GPS；CTD/多參數(shù)水質(zhì)分析儀；通過RS-485接頭支持氣象設(shè)備；標(biāo)準(zhǔn)探頭集成到除泡器上 | 基本不支持外部擴展，很難在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對功能進行升級 |
控制單元 | NetDI®工業(yè)級嵌入式計算機；2GB CF存儲器用于系統(tǒng)和數(shù)據(jù)備份；用于自動校準(zhǔn)的可編程控制器；180種校準(zhǔn)公式；選購報警功能 | 普通控制單元 |
防腐蝕 | 用于平衡器傳感器頭的防腐蝕設(shè)計 | 很容易被生物附著 |
外殼 | 小型耐用的POM和鈦合金材質(zhì)；抗高波浪保護； 輕型：15千克，不包含選購傳感器和電池包；海水中1千克正浮力 小型：直徑200mm，長520毫米 | 使用鋁合金外殼，抗腐蝕能力差，強度不夠高，不容易抵御惡劣天氣。 |
供電 | 12-28 V DC；典型功耗8瓦；升溫≤功耗15瓦；選購鋰電池包，如14.8V，45-117Ah | 供電電壓12V±0.5V，對輸入電壓要求過高 |
維護 | 膜壽命高可達10年；24x7小時典型工作頻率只需1年維護一次(內(nèi)部微型泵，過濾等) | 由于生物附著需要經(jīng)常進行清理維護 |
安裝 | 高度集成，主機只有一個，對浮標(biāo)要求低 | 模塊化設(shè)計，多個單元，對外部條件要求高，每個單元都不容出錯 |
系統(tǒng)組成
3. OceanPack™ Buoy主機
- LI-COR® LI-840x紅外雙波長光學(xué)分析儀
- 水氣平和膜盒，帶有保護蓋防止生物堵塞
- 自動校準(zhǔn)。
- 連接進氣盒用于空氣中CO2的測量。
- USB接口或RS232/485串口輸出數(shù)據(jù)。
4. 進氣箱
- 通過氣路管線連接到主機上，采集空氣中二氧化碳進行測量
5. 控制盒
- 帶有7＂觸摸屏用于配置分析儀和讀取數(shù)據(jù)。
- 通過USB接口導(dǎo)出分析儀中的數(shù)據(jù)
- 內(nèi)置NetDI®工業(yè)級嵌入式計算機，一鍵設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)
6. 標(biāo)氣校準(zhǔn)單元
- 10L標(biāo)氣存儲罐，耐壓深度50m，可達6000m
- 存儲罐外殼為POM和鈦金屬材質(zhì)
- 主機內(nèi)部有標(biāo)氣自動校準(zhǔn)單元，可在測量與標(biāo)定環(huán)節(jié)自由切換
7. 未來擴展單元（可調(diào)整）
- 外接PowerPackTM鋰電池，通過時間或事件觸發(fā)系統(tǒng)的開閉，實現(xiàn)系統(tǒng)自動運行
- 外接Top-Box空氣測量分析儀，實現(xiàn)水氣二氧化碳同步測量
- GPS接收器
- 海鳥SBE-45TSG表層溫鹽(溫度和電導(dǎo)率/鹽度)到自己的旁路中，并可調(diào)節(jié)水流量。
- Satlantic Sea FET pH傳感器，ISFET傳感器，具有長期的海水測量穩(wěn)定性。
- -Wetlabs 三參數(shù)熒光計，用于測量葉綠素，濁度，可溶性有機物
- AADI Optode 4835溶解氧傳感器，具有鹽度校正和極長維護周期。
- Trios PAH 水中油類物質(zhì)熒光探頭。
- 根據(jù)需要提供的其他傳感器。
