海水吸光度测量系统的搭建及误差来源分析

穆壮壮; 赵强; 李晋; 孟凡利

doi:10.37188/OPE.20212908.1751

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海水吸光度测量系统的搭建及误差来源分析

现代应用光学 | 更新时间：2021-09-01

- 海水吸光度测量系统的搭建及误差来源分析
- Construction and error source analysis of seawater absorbance measurement system
- 光学精密工程 2021年29卷第8期页码：1751-1758
- 作者机构：
  
  1.东北大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳 110819
  2.河北省微纳精密光学传感与检测技术重点实验室，河北秦皇岛 066004
  3.齐鲁工业大学（山东省科学院）海洋仪器仪表研究所，山东青岛 266061
- 作者简介：
  
  [ "穆壮壮（1995-），男，山东菏泽人，博士研究生，2017年于东北大学秦皇岛分校获得学士学位，2019年于东北大学获得硕士学位，主要从事微纳气体传感器的研究。E-mail：forest_mu@qq.com" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划课题(2019YFB2006001);河北省自然科学基金资助项目(F2020501040);山东省自然基金面上项目(ZR2019MF022);山东省军民融合项目(2019JMRH0105)
- DOI：10.37188/OPE.20212908.1751
  中图分类号： TH744;P716.42
- 收稿日期：2021-01-10，
  
  修回日期：2021-02-26，
  
  纸质出版日期：2021-08-15
- 稿件说明：
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穆壮壮,赵强,李晋等.海水吸光度测量系统的搭建及误差来源分析[J].光学精密工程,2021,29(08):1751-1758.

MU Zhuang-zhuang,ZHAO qiang,LI Jin,et al.Construction and error source analysis of seawater absorbance measurement system[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(08):1751-1758.
穆壮壮,赵强,李晋等.海水吸光度测量系统的搭建及误差来源分析[J].光学精密工程,2021,29(08):1751-1758. DOI： 10.37188/OPE.20212908.1751.

MU Zhuang-zhuang,ZHAO qiang,LI Jin,et al.Construction and error source analysis of seawater absorbance measurement system[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(08):1751-1758. DOI： 10.37188/OPE.20212908.1751.

摘要

为了研究海水吸光度传感器的工作原理和误差来源，搭建了搭载645 nm光源的海水吸光度测量系统，根据郎伯-比尔定律、误差传递原理和吸光度传感器结构，对海水吸光度测量系统进行了分析，并通过重复性测试和吸光度测量实验对该系统的稳定性和吸光度探测能力进行了实验验证。重复性测试实验结果显示，使用测量前标定的方法可以将误差控制在±0.008 3 m

以内，其中由光源和光电传感器引起的误差为±0.006 7 m

，样品池加工引起的误差为±0.001 6 m

。吸光度测量实验结果显示，超纯水的测量结果存在

0.019 44~

0.017 08 m

的光学吸收系数负测量偏差，自来水的光学吸收系数比超纯水的光学吸收系数大0.005 68 m

，3%的氯化钠溶质可以使光学吸收系数增大0.097 56 m

是自来水杂质引发增大量的17.2倍，海水中溶质可以使光学吸收系数增大0.726 32 m

，是3%的氯化钠溶质引发增大量的7.4倍。以上结果表明，系统各模块引起的测量误差较小，符合吸光度测量要求，有能力探测出溶液中溶质对吸光度的影响，但存在一定的负测量误差。

Abstract

Seawater absorbance sensor is an important equipment for marine environment research. In order to analyze and study the working principle and error source of this equipment， a seawater absorbance measurement system equipped with 645 nm light source was constructed. Firstly， in accordance with the Lambert-Beer law， error transfer principle and structure of the absorbance sensor， the working principle and error source of the seawater absorbance measurement system were analyzed. Then， repeatability tests and absorbance measurement experiments were used to verify the stability and absorbance detection of the system. The results of repeatability tests show that the error can be controlled within ±0.008 3 m

by using the calibration-before-measurement method， in which the error caused by the light source and photoelectric sensor is approximately ±0.006 7 m

， and the error caused by the sample cell processing is approximately ±0.001 6 m

. The results of the absorbance measurement experiment are as follows： there is a negative measurement error of absorption coefficient from -0.019 44 m

to -0.017 08 m

for ultrapure water； the absorption coefficient of tap water is 0.005 68/m higher than that of ultrapure water； 3% concentration of sodium chloride solute can increase the absorptivity by 0.097 56 m

， which is 17.2 times of the increase caused by impurities in tap water； the solute in seawater can increase the absorptivity by 0.726 32 m

， which is 7.4 times of that induced by 3% concentration of sodium chloride solute. The results given above show that： the measurement error caused by the modules in the seawater absorbance measurement system in this paper is small， which meets the requirements of absorbance measurement experiment； the seawater absorbance measurement system presented here can detect the influence of solute on absorbance， but there is a negative measurement error in the absorbance measurement data.

关键词

Keywords

references

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