(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210608093.0 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 地址 266200 山东省青岛市 即墨区鳌山 卫 街道青岛蓝色硅谷核心区蓝色硅谷创 业中心一期2号楼 (72)发明人 孔祥峰　刘岩　张婧　张笑银　 荀小罡　张丽　刘凤庆　曹煊　 邹妍　郭翠莲　张艳敏　 (74)专利代理 机构 青岛华慧泽专利代理事务所 (普通合伙) 37247 专利代理师 孟令彩 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) G01N 27/416(2006.01)G01N 27/30(2006.01) G01N 27/07(2006.01) G01K 7/22(2006.01) G01K 7/18(2006.01) (54)发明名称 一种微小型海水多参数传感器及制作方法 (57)摘要 本发明涉及传感器制作技术领域， 具体地 说， 涉及一种微小型海水多参数传感器及制作方 法。 包括传感器主体， 传感器主体的防水密封外 壳内规则封装有由两个Pt电极、 一个参比电极及 一个pH电极组成的电极组、 温度传感器、 检测电 路、 通讯模块和供电系统， 其中， 传感器主体的电 极部位外侧可拆卸连接有网格状的保护罩。 本发 明设计的传感器中， 应用新型电极材料， 结合微 电子电路， 可以监测多种参数， 具有成本低、 功耗 低、 模块化易扩展的特点； 其电极制作方法中， 以 钛金属丝为基体， 采用高温热分解的方式， 制备 了复合金属氧化物pH敏感电极材料， 该电极具有 制备过程简单、 成本低、 易加工的优点， 可以很好 地应用于微小型海水多参数传感器中。 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 CN 115265638 A 2022.11.01 CN 115265638 A 1.一种微小型海水多参数传感器， 其特征在于： 包括传感器主体(1)， 所述传感器主体 (1)的防水密封外壳(11)内规则封装有包括四个电极的电极组(2)、 温度传感器(3)、 检测电 路(4)、 通讯模块(5)和供电系统(6)， 其中， 所述电极组(2)由规则分布的两个Pt电极(21)、 一个参比电极(22)及一个pH电极(23)组成， 所述传感器主体(1)的电极部位外侧可拆卸连 接有网格 状的保护罩(7)。 2.根据权利要求1所述的微小型海水多参数传感器， 其特征在于： 所述电极组(2)中， 两 个所述Pt电极(21)均为为钛基氧化物铂黑电极； 所述参比电极(22)为全固态Ag/AgCl电极； 所述pH电极(23)为钛基Ir ‑IrOx电极， 或钛基Ru氧化物电极、 钛基Ta氧化物电极、 Sn氧化物 电极， 或以钛金属为基底制备的含不同含量的Ir、 Ru、 Ta、 Sn混合元素及其复合氧化物组合 的电极； 所述Pt电极(21)、 所述参比电极(22)、 所述pH电极(23)均为直径为0.1mm～10mm的圆柱 状； 所述电极组(2)内的各个电极均一端漏出在所述防水密封外壳(11)外侧且呈半球状， 用于与待测物质接触； 所述电极组(2)内的各个电极的其余部分封装到绝缘材料层(24)内， 所述绝缘材料层 (24)的绝 缘材料可以但不限于为环氧树脂或橡胶； 所述电极组(2)内的各个电极的另一端均接带导线的插头， 并分别接入所述检测电路 (4)。 3.根据权利要求1所述的微小型海水多参数传感器， 其特征在于： 所述温度传感器(3) 采用NTC热敏电阻或者Pt1000温度传感器； 所述温度传感器(3)制成直径为0.1mm～10mm的 圆柱状， 所述 温度传感器(3)一端漏出在所述防水密封外壳(11)外侧且 呈半球状， 用于与待 测物质接触， 所述温度传感器(3)的其余部分封装到所述电极组(2)的绝缘材料层(24)内， 所述温度传感器(3)的另一端接带导线的插头并接入所述检测电路(4)。 4.根据权利要求1所述的微小型海水多参数传感器， 其特征在于： 所述通讯模块(5)的 通信方式可采用wifi或蓝牙或4G或5G或Lora的无线方式， 也可采用RS485有线 方式； 所述检 测电路(4)检测各项参数的数据后， 通过 所述通讯模块(5)， 将数据发送至服 务器。 5.根据权利要求1所述的微小型海水多参数传感器， 其特征在于： 所述供电系统(6)的 供电方式可以但不限为内置电池、 外部供电， 也可以在所述传感器主体(1)的顶部安装小 型 化的太阳能电池片(61)辅助供电。 6.根据权利要求1所述的微小型海水多参数传感器， 其特征在于： 所述传感器主体(1) 可以监测水质的包括但 不限于温度、 电导率、 盐度、 pH、 ORP、 溶解氧的参数数据， 具体监测方 法包括如下步骤： Step1、 检测各项参数 时， 所述检测电路(4)首先通过所述温度传感器(3)测得待测液体 温度T； Step2、 电导率测量采用三电极方法， 通过在两个所述Pt电极(21)之间施加电流信号， 同时测量参比 电极(22)和其中一个所述Pt电极(21)之间的电位信号 实现； 首先将传感器主 体(1)放入已知电导率为k的标准KCl溶液进行校准， 获得电导池常数， 结合步骤Step1测得 的温度信息T， 即可测定待测溶 液的电导 率； Step3、 盐度可以由电导 率和温度计算获得；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115265638 A 2Step4、 测量pH时， pH电极(23)采用对pH敏感的IrOx电极， 其电位随着pH变化而呈现响 应的线性关系， 因此检测所述参比 电极(22)与作为所述pH电极(23)的IrOx电极之间的电位 V(E)， 经步骤Step1、 Step2获得的温度和电导 率数据校正后， 计算得到pH； Step5、 检测ORP 时， 只需检测 所述参比电极(22)与任意一个所述Pt电极(21)之间的电 位V3， 即可测得ORP； Step6、 溶解氧的测量也是通过电化学方法实现， 其中一个所述Pt电极(21 )为工作电 极， 另一个所述Pt电极(21)为辅助电极， 采用全 固态Ag/AgCl电极作为所述参比电极(22)； 通过施加电压， 待测介质中的氧扩散到作为工作电极的所述Pt电极(21)表面后， 发生还原 反应， 得到的电子是由作为辅助电极的所述Pt电极(21)表面发生氧化反应失去的电子， 阳 极与阴极之间的电子传递构成回路， 该电信号的强度与在作为工作电极的所述Pt电极(21) 被还原的氧浓度成比例， 由此通过测定电信号可以定量氧的浓度。 7.一种微小型海水多参数传感器的制作方法， 该方法用于制作权利要求1 ‑6任一所述 的微小型海水多参数传感器， 其特 征在于： 包括如下步骤： S1、 制备电极： 按常规流程制 备钛基氧化物铂黑电极作为Pt电极(21)、 制 备全固态Ag/ AgCl电极作为参比电极(22)， 制备pH电极(23)， 选取两个Pt电极(21)、 一个参比电极(22)和 一个pH电极(23)组成电极组(2)； S2、 将温度传感器(3)制成与电极相同的尺寸， 分别将温度传感器(3)与四个电极远离 半球状的一端接上带有导线的插头， 并将温度传感器(3)与四个电极一起封装到绝缘材料 内； S3、 分别设计并制作检测电路(4)、 通讯模块(5)和供电系统(6)， 并依次将检测电路 (4)、 通讯模块(5)和供电系统(6)电性连接起 来； S4、 将温度传感器(3)与四个电极上 带有导线的插头分别接入检测电路(4)； S5、 将电极组(2)、 温度传感器(3)、 检测电路(4)、 通讯模块(5)和供电系统(6)封装到防 水密封外壳(11)， 并测试防水密封 外壳(11)的密封性能； S6、 配置数据分析服务器， 通过电源信号引出线(12)将传感器主体(1)与 服务器连接起 来； S7、 根据传感器主体(1)的防水密封外壳(11)的尺寸， 采用不同材质制作与 其尺寸相适 配的网格状的保护罩(7)， 在测试及应用时， 可以根据水质特性选取更换不同材质的保护罩 (7)。 8.根据权利要求7所述的微小型海水多参数传感器的制作方法， 其特征在于： 所述S1 中， pH电极(23)的制备 方法包括如下步骤： S1.1、 电极基体采用金属钛丝或其它形状金属钛， 经表面活性剂清洗后， 在一定浓度草 酸溶液中处理， 而后用蒸馏水清洗 干净并进行干燥； S1.2、 称取适量的氯铱酸， 加入适量的有机溶剂正丁醇、 浓盐酸溶解并混合均匀， 制得 混合液A； 取适 量的混合液A， 加入Ti N粉体混合均匀， 形成混合液B； S1.3、 用毛刷蘸取混合溶液B， 将混合溶液B涂刷到钛金属表面， 取出后放入烘箱中干 燥， 再将其置于马弗炉内， 在400℃烧 结15min， 取出于空气中冷却； 重复操作 “浸渍‑干燥‑烧 结”一次， 制得钛基铱钛复合氧化物电极； S1.4、 然后将钛基铱钛复合氧化物电极浸入混合液A， 取出后放入烘箱中干燥， 再将其权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115265638 A 3