Газоаналитическая донная станция "in situ" измерений

Газоаналитическая донная станция "in situ" измерений

Реферат

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к области океанологического приборостроения, и может быть использовано в экспериментальной океанологии, гидрохимии литогенеза, сейсмике и сейсмологии, при разработке средств оповещения и защиты населения от природных катастроф: земятрясений и цунами.

Измерение величины газовыделения земной поверхностью таких газов, как сероводород, метан, радон и др., является предвестником сейсмической активности в среднесрочном прогнозе. Однако в атмосферных условиях ввиду высокой подвижности атмосферного воздуха эти газы быстро рассеиваются и потому труднодоступны для адекватного и достоверного анализа. При выделении под водой донной поверхностью газы мгновенно растворяются и сохраняют длительно свою концентрацию, что позволяет сделать адекватные измерения.

Известно устройство - батометр [1] для отбора проб газа в составе пробы воды, из которой путем дегазации - испарения - выделяют и исследуют растворенный газ. Устройство не позволяет отбирать газ без потерь, т.к. требует присоединения к приемному устройству газоанализатора, что невозможно без потерь и привнесения внешнего воздуха. Кроме того, для постоянного газового анализа, например для выявления предвестников сейсмической активности, требуются повторные отборы проб, т.е. постоянное использование судового времени плавсредства для обеспечения анализа.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство [2], где в бароустойчивом корпусе размещены спектор-анализатор, источник света, микропроцессор, накопитель информации, источник питания и аппаратура радио- и акустического канала связи. В этом устройстве свет от источника, проходя через иллюминаторы сквозь тестируемый объем забортной воды, попадает в приемник спектрометра, где в соответствии с химическим составом воды анализируется спектр поглощения. Однако устройство не позволяет определять происхождение химического состава, а также определять количественные характеристики растворенных газов. Известное устройство не позволяет определить отдельно газовую составляющую от минеральной, потому не может служить достоверным информатором для определения концентрации растворенных газов, что, безусловно, является существенным недостатком известного решения.

Целью предлагаемого решения является устранение указанных недостатков известного решения.

Сущность предлагаемого изобретения в том, что устройство позволяет непрерывно, "in situ" и потому без потерь выделять растворенные газы, измеряя их состав и концентрацию.

Указанный результат достигается тем, что в известном устройстве для определения "in situ" состава газов, растворенных в морской воде, содержащем бароустойчивый корпус, в котором размещен спектрометр-анализатор, микропроцессор с накопителем информации, источник питания и аппаратура радио- и акустического канала связи, в корпусе, выполненном в виде закольцованной полости из металлических труб, смонтированы: нагреватель парогаза, вентилятор-гомогенизатор, клапан-дозатор натекания забортной воды с дегазатором-испарителем и клапан слива дегазированной воды, вход которого соединен со выходом насоса удаления конденсата, соединенного с выходом компрессора удаления парогаза, вход которого соединен с внутренней полостью бароустойчивого корпуса, где из зеркал и призм организован светопровод от источника света до объектива спектрометра, а также установлены датчики давления и температуры парогаза, при этом микропроцессор соединен кабелем управления с натекателем, компрессором, насосом и датчиками.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлено схематичное изображение предлагаемого устройства. Здесь: 1 - бароустойчивый корпус из нержавеющей стали типа 1Х18Н9Т или глубоко анодированного сплава ВТ-95, в котором расположены спктор-анализатор - 2 типа КВАРЦ-4, клапан - дозатор 3, формирующий натекание порции воды на испаритель-дегазатор 4 - пористое тело из пористого металла или пористой керамики с развитой смачиваемой поверхностью. Источник света 5 - галогеновая лампа, излучающая свет в тестируемый объем, в котором зеркалами и призмой 6 сформирован оптический путь «О-О-О», от источника 5 до фотоголовки спектр-анализатора 2. Микропроцессор 7 IBM совместимый, типа L-20, связан внутренним кабелем управления и питания (не показан) со всеми внутренними агрегатами, в том числе с компрессором парогаза 8, насосом конденсата 9, клапаном сброса конденсата 10, водозаборником 11, а также блоком питания 12 и датчиками контроля атмосферы: давления 13 и температуры 14. Нагреватель 15 омического типа и вентилятор 16 расположены в парогазовой области и также соединены кабелем управления с микропроцессором 7. На наружной поверхности корпуса, обращенной к поверхности, расположена плавучесть из сферопластика 17, а со стороны дна - гидроакустический размыкатель 18 типа «АГАР» и якорь 19 - бетонный груз. С наружной стороны установлены также антенны 20 и 21 акустического и радиоканалов соответственно, связанных через герморазъем (не показан) с микропроцессором 7.

Устройство функционирует следующим образом. После установки на грунт в интересующем районе акватории в положение, показанное на схеме, в соответствии с программой микропроцессор 7, подает команду начала первого цикла измерений. Поступает команда клапану 3, который формирует натекание порции забортной воды на пористый испаритель - дегазатор 4. Вода, смачивая развитую поверхность испарителя, выделяет растворенный в ней газ вследствие пониженного давления внутри корпуса и частично испаряется. Образовавшийся парогаз циркулирует, перемешиваясь во внутренней закольцованной полости, под действием вентилятора 16 и подогревается (при необходимости) нагревателем 15 до заданных термодинамических параметров, которые контролируются датчиками 13 и 14. Затем производятся измерения спектор-анализатором 2. Данные измерений сохраняются в памяти микропроцессора и передаются на внешние устройства с помощью канала акустической - 20 и радиосвязи 21. берегом. При неглубокой - шельфовой - постановке станции, можно использовать кабельный канал связи (не показан на чертеже) с береговым регистратором. После завершения первого цикла измерений внутренняя атмосфера приводится в исходное состояние: насос конденсата 9 через клапан-водозаборник 11 и клапан сброса 10 удаляет избыточную воду и конденсат, который возникает в компрессоре 8 при откачивании парогаза. Установление исходного термодинамического состояния контролируется микропроцессором с помощью датчиков давления и температуры 13 и 14, после чего выполняется следующий цикл. Частота измерений и скважность их, а также термодинамические параметры внутренней атмосферы, задаются экспериментатором в соответствии с ожидаемым составом растворенного газа и общей логикой измерений.

После завершения полного объема наблюдений или истощения энергоресурса станцию извлекают, подавая команду гидроакустическому размыкателю 18 на отдачу якоря 19, после чего станция всплывает.

Источники информации

1. В.А.Снежинский. Практическая океанография, 2 изд., Л., 1954, гл.14.

2. В.И.Пустовойт, Л.Л.Утяков, М.А.Шахроманьян, Д.Г.Левченко, Б.Я.Розман, Б.В.Шехватов, В.А.Деревнин, В.В.Тимошенко. Донная гидрохимическая станция с радиотелеметрическим каналом. Труды III Международной научно-технической конференции «Современные методы и средства океанологических исследований», ИОРАН, М., 1997, с.157-158.

Устройство для определения "in situ" состава газов, растворенных в морской воде, содержащее бароустойчивый корпус, в котором размещены спектрометр-анализатор, микропроцессор с накопителем информации, источник питания и аппаратура радио- и акустического канала связи, отличающееся тем, что в корпусе, выполненном в виде закольцованной полости из металлических труб, смонтированы: нагреватель парогаза, вентилятор-гомогенизатор, клапан-дозатор натекания забортной воды с дегазатором-испарителем и клапан слива дегазированной воды, вход которого соединен с выходом насоса удаления конденсата, соединенного с выходом компрессора удаления парогаза, вход которого соединен с внутренней полостью бароустойчивого корпуса, где из зеркал и призм организован светопровод от источника света до объектива спектрометра, а также установлены датчики давления и температуры парогаза, при этом микропроцессор соединен кабелем управления с натекателем, компрессором, насосом и датчиками.