CN108332804A - 一种走航式海洋表层多参数连续观测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋装备技术领域，涉及一种走航式海洋表层多参数连续观测系统，包括顺序连接的数据采集与控制/显示单元、传感器测量子系统、机械和电气子系统；所述机械和电气子系统，用于采集并处理海水，设有传感器测量子系统；所述传感器测量子系统，用于监测海洋表层参数并发送给数据采集与控制/显示单元；数据采集与控制/显示单元，用于海洋表层参数的处理、存储及显示。本发明提出的海洋表层多参数连续观测系统，充分考虑了影响海洋表层多参数的测量的多种因素以及考虑了同步观测、同步温度校正、实时监测机械装置和传感器工作状态的功能。实现海洋表层的温度、盐度、叶绿素、浊度、PH、溶解氧、溶解有机物CDOM的数据同步观测。

Description

一种走航式海洋表层多参数连续观测系统

技术领域

本发明属于海洋装备技术领域，更具体地说，涉及一种走航式海洋表层多参数连续观测系统。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，要认识海洋、开发和利用海洋就要进行海洋调查。高新技术的海洋装备是海洋调查的重要保障。为发现海洋新现象、验证海洋新理论和满足海洋科学发展需求，在研究海域获取稳定、可靠的多要素海洋科学数据至关重要。走航式海洋表层多参数连续观测系统是海洋调查通用设备；也是海洋科学家进行海洋调查和研究海洋现象所必备的设备。走航式海洋表层多参数连续观测系统可以获取海洋表层的物理和化学的详细数据资料，可为遥感数据精确反演算法和模型建立提供数据支撑，为探索热盐环流、全球海平面变化等海洋现象提供基础环境变量数据。进一步可改善数值模式边界层参数化方案，提高海洋大气耦合数值模式预报能力，为科学研究的战略发展提供有力保障。

现有技术在海洋表层多参数连续时，存在安全性低、连续性差、集成度低、密封性差、抗扰动性弱，不耐腐蚀等诸多关键问题，对观测结果产生较大影响；因此，因此构建一套稳定、可靠的海洋表层多参数连续观测系统至关重要。建立该系统可以解决现有海洋表层多参数连续观测系统的稳定性差、数据质量差、难以数据在线监测以及显示等诸多影响海洋表层多参数观测的技术问题。有助于掌握调查海区的海洋表层相关参数的时空分布特征及演变规律，促进全球海洋与大气相互作用机制的研究，加强海洋对全球气候变化影响和响应机制的理解。

发明内容

针对已有技术不足，本发明提出一种走航式海洋表层多参数连续观测系统，解决现有海洋表层多参数连续观测系统的稳定性差、数据质量差、难以数据在线监测以及显示等诸多影响海洋表层多参数观测的技术问题。本发明是集数据采集与控制/显示单元、传感器测量、机械和电气等多功能的海洋调查测量技术设备，能同步、稳定的对海洋表层的多要素进行同步综合观测。该系统的设计，实现了海洋表层的压力、温度、盐度、叶绿素、浊度、溶解有机物CDOM、溶解氧、等物理环境要素的同步观测的需求，为后期遥感算法的建立和研究海洋多参数相互作用机制提供技术装备保障。同时，该系统的结构设计，充分考虑了稳定性、恶劣海况的适应性、安装及维护的便捷性，为科学研究走向深海大洋观测提供必要的技术装备。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：一种走航式海洋表层多参数连续观测系统，包括顺序连接的数据采集与控制/显示单元、传感器测量子系统、机械和电气子系统；

所述机械和电气子系统，用于采集并处理海水，设有传感器测量子系统；

所述传感器测量子系统，用于监测海洋表层参数并发送给数据采集与控制/显示单元；

数据采集与控制/显示单元，用于海洋表层参数的处理、存储及显示。

所述机械和电气子系统包括：依次设于水管上的进水控制开关、过滤器、蠕动泵、去气泡装置、密封测量桶，以及与去气泡装置连接的附加传感器水箱；所述附加传感器水箱与密封测量桶、废水池连接。

所述蠕动泵包括并联的第一蠕动泵和第二蠕动泵。

所述第一蠕动泵和第二蠕动泵的出口均设有脉冲缓冲器；所述脉冲缓冲器与去气泡装置的入口连接。

所述去气泡装置的净水出口与密封测量桶的第三控制阀连接，废水出口与附加传感器水箱的出水口、废水池、密封测量桶的第四控制阀连接。

所述密封测量桶的第一控制阀与附加传感器水箱的入水口连接，第二控制阀与附加传感器水箱的冲洗入水口、淡水入口连接。

所述密封测量桶的第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀相连通。

所述密封测量桶在使用时，第一控制阀和第三控制阀开关方向相同，与第二控制阀和第四控制阀开关方向相反。

所述传感器测量子系统包括：泄漏监测仪，温度传感器，蠕动泵润滑油液位传感器，温度、盐度测量仪，附加传感器单元，流量计；均与数据采集与控制/显示单元连接；

所述泄漏监测仪、温度传感器、设于过滤器与蠕动泵之间的水管上；所述蠕动泵润滑油液位传感器设于蠕动泵内；所述温度、盐度测量仪设于密封测量桶内；所述附加传感器单元设于附加传感器水箱内；所述流量计设于去气泡装置的净水出口与密封测量桶第三控制阀之间连接的水管上。

所述附加传感器单元包括叶绿素传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、PH传感器、溶解有机物CDOM传感器。

本发明具有以下有益效果及优点：

以往海洋表层多参数连续观测系统设计结构单一，功能简化，未考虑真空泵螺旋桨对水体的搅动进而对测量传感器的数据影响，且没有SBE38遥测温度计对于后期测量水团的温度校正，以及测量传感器数据和泵的工作状态的实时监测，难以满足海洋化学和海洋生物学科对于水质的需求，而海洋环境中表层多参数相互作用观测要求较高，对于影响其观测的干扰因素要全部排除，才能测量到真实的海洋环境表层数据的变化。本发明提出的海洋表层多参数连续观测系统，充分考虑了影响海洋表层多参数的测量的多种因素以及考虑了同步观测、同步温度校正、实时监测机械装置和传感器工作状态的功能。实现海洋表层的温度、盐度、叶绿素、浊度、PH、溶解氧、溶解有机物CDOM的数据同步观测。该系统可为海洋调查提供有力的装备保障。为科学研究提供精准的数据。

附图说明

图1为本发明一种走航式海洋表层多参数连续观测系统结构示意图；

图中：1进水控制开关，2过滤器，3泄漏监测仪，4温度监测仪，5第一蠕动泵，6第二蠕动泵，7蠕动泵润滑油液位传感器，8蠕动泵进水控制开关，9脉冲缓冲器，10压力变送器，11去气泡装置，12温度，盐度测量仪，13附加传感器水箱，14流量计，15废水池，16数据采集与控制/显示单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1所示，一种走航式海洋表层多参数连续观测系统，该系统由传感器测量子系统、机械和电气子系统、数据采集与控制/显示单元组成；其中：

传感器测量子系统包括：泄漏监测仪3、温度监测仪4、温度、盐度测量仪12、附加传感器单元、流量计14、蠕动泵润滑油液位传感器7；

机械和电气子系统包括：进水控制开关1、过滤器2、第一蠕动泵5、第二蠕动泵6、蠕动泵进水控制开关8、脉冲缓冲器9、压力变送器10、去气泡装置11、附加传感器水箱13、废水池15、水管组成；

数据采集与控制/显示单元包括:数据采集与控制/显示单元16、数据传输缆。

泄漏监测仪位于过滤器和SB38传感器之间，并通过数据缆与数据采集与控制/显示单元连接。SBE 38温度监测仪位于泄漏监测仪后端，通过数据缆与温度、盐度测量仪连接。温度、盐度测量仪，位于SB21密封测量桶内部，用于测量海水的温度、盐度。并通过数据传输缆与数据采集与控制/显示单元相连；

附加传感器单元，位于附加传感器水箱内，用于水下多要素介质温度、盐度、叶绿素、浊度、PH、溶解氧、溶解有机物CDOM的测量。并通过数据传输缆与数据采集与控制/显示单元相连；

其中的流量计，安装于去气泡装置净水出口和SB21水箱进海水口之间，并通过数据缆与采集与控制/显示单元相连；便于将数据及时回传。

其中的蠕动泵润滑油液位传感器位于蠕动泵的内部，通过数据传输缆与数据采集与控制/显示单元相连；

SBE38遥测温度计可以准确地反映表面水体的真实温度，在入水口安装温度计从而避免舱室温度对水流温度的影响。SBE 38不受震动影响，具有很高的精度和稳定性，使用简单，通过RS-232或可选的RS485以ASCI I格式实时传输温度数据。

润滑油液位控制器可在超高时输出异常信号，一旦软管破裂，管路中的流体会进入泵室内，这时泵体内的润滑油和介质混合物液面将会升高，触发传感器润滑油液位控制感应器探头，这时泵会停止工作。

数据采集与控制/显示单元；通过数据缆与多个传感器连接，主要用于完成多个传感器的数据采集、处理、存储及显示；

进水控制开关一端通过水管与海水入口连接，另一端通过水管与过滤器连接，主要用于控制水体流出。过滤器两端分别通过水管与泄漏监测仪和进水开关控制连接，用于监测管路的泄漏情况。泄漏监测仪与第一蠕动泵5、第二蠕动泵6通过水管连接。在两者之间接入SB38温度传感器，温度传感器的另一端通过数据传输缆接到SB21的数据通讯端口。

第一蠕动泵5、第二蠕动泵6为整套系统的水抽滤提供动力，其前后两端都是液体管路，内部是软管连接，避免常规真空泵螺旋桨对水体的搅动而破坏水流的原始特性。

去气泡装置安装在蠕动泵出水口处，位于脉冲缓冲器的后端，主要作用是去除海水中的气泡，避免气泡对测量精度的影响，从而获取更好的电导率数据。

附加传感器单元包括叶绿素传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、PH传感器、CDOM传感器；上述传感器通过一个4分叉Y型电缆与数据采集与控制/显示单元直接连接，输出统一的数据格式。

走航式海洋表层多参数连续观测系统，合理的水路设计，通过水泵强迫水以恒定的速度通过温度传感器的感温元件然后进入电导率池，由于通过传感器的水流速度是恒定的，因此通过温度传感器和电导率传感器之间的时间和空间关系，可以保证得到同一水团的温度和电导率值。密封式设计,该系统采用防震、密封式设计，可满足船载环境，防海水腐蚀，提高传感器耐用性。所有传感器密封在箱体中，实时连续采集海洋环境数据。

过滤器：内部过滤网涂敷树脂，防止对海水造成污染；所述的去气泡装置安装在蠕动泵出水口处，主要作用是去除水中的气泡，避免气泡对测量精度的影响，从而获取更好的溶解氧和电导率数据。

如图1所示，所述的进水控制开关1，开启后，位于测量船外部的海水可以进入整套系统。由于整套系统用于研究的要素为海洋环境表层的温度、盐度、叶绿素、浊度、PH、溶解氧、溶解有机物CDOM。因此需要使用过滤器2把其余非相关的其他物质过滤掉。泄漏检测仪3主要用于监测整套系统的水路输送情况，当水路出现泄漏时，可以及时报警。从而保障走航期间，测量船的安全。SB 38传感器4用于实时的测量外部水体的温度，另一端连接于SB21的连接缆L3，用于实时数据的上传，并与温度、盐度传感器的数据一起传给数据采集与控制/显示单元16。

温度、盐度测量仪装在SB21密封测量桶内部，SB21密封测量桶的一侧有4个进出口开关控制阀，自上而下分别为1#，2#，3#，4#，当整套系统开始海水测量工作时，1#和3#控制阀是开启状态，2#和4#控制阀是关闭状态。由下面蠕动泵传输上来的海水经3#控制阀进入密封测量桶内部，直至全部浸没整个装置，当盐度达到特定的值时，触发温度盐度测量仪开始工作。温度、盐度传感器测量的数据通过L1数据传输缆连接到数据采集与控制/显示单元。

第一蠕动泵5、第二蠕动泵6具有相同的作用，主要用于给整套系统提供动力，将测量的海水及时的传输到测量传感器中。蠕动泵润滑油液位传感器7，润滑油液位控制器可在超高时输出异常信号，一旦软管破裂，管路中的流体会进入泵室内，这时泵体内的润滑油和介质混合物液面将会升高，触发传感器润滑油液位控制感应器探头，这时泵会停止工作。蠕动泵进水控制开关8用于控制第一蠕动泵5、第二蠕动泵6的进出水。第一蠕动泵5、第二蠕动泵6切换使用，一般为每隔24小时切换一次。主要用于防止一台泵连续工作，内部的散热以及机械结构的摩擦造成机器的损坏。蠕动泵的内部均为软管连接。

脉冲缓冲器9，安装于软管泵进出口处的脉动缓冲器用于消除软管吸入或排出管路中的压力损失，减少设备损耗率。

压力变送器10设于去气泡装置11的进水口，用于监测脉冲缓冲器9输出至上端的压力，以达到控制压力的目的。

去气泡装置11(图1中11)安装在蠕动泵出水口处，主要作用是去除水中的气泡，避免气泡对测量精度的影响，从而获取更好的电导率数据。

SB21密封测量桶12内部流动的海水随后经6#阀管口进入附加传感器水箱，附加传感器水箱有4个进出水口，左侧(见附图1)底端的口为5#备用出水口。右侧自上而下分别为6#，7#，8#控制阀。7#控制阀为淡水冲洗水口。主要用于测量完毕后，清洁内部残留的海水，起到保护内部传感器的作用。8#控制阀为出水口，用于排放测量后的海水以及清洁后的淡水。5#备用出水口主要用于防止SB21密封测量桶内部和附加传感器水箱内部的压力太大，起到释放压力和及时排除水体的作用。

附加传感器水箱13内部含有叶绿素传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、PH传感器、溶解有机物CDOM传感器。主要用于测量表层海水的叶绿素浓度、浊度、溶解氧含量、PH和溶解有机物CDOM。所有的传感器通过数据传输缆L2连接到数据采集与控制/显示单元。流量计14用于实时的监测从下面蠕动泵抽滤上来的水的流量。废水池15用于存放测量后排出来的海水。数据采集与控制/显示单元16主要用于控制多个传感器的数据收集以及控制程序的执行。

Claims (10)

1.一种走航式海洋表层多参数连续观测系统，其特征在于包括顺序连接的数据采集与控制/显示单元、传感器测量子系统、机械和电气子系统；

所述机械和电气子系统，用于采集并处理海水，设有传感器测量子系统；

所述传感器测量子系统，用于监测海洋表层参数并发送给数据采集与控制/显示单元；

数据采集与控制/显示单元，用于海洋表层参数的处理、存储及显示。

2.根据权利要求1所述的一种走航式海洋表层多参数连续观测系统，其特征在于所述机械和电气子系统包括：依次设于水管上的进水控制开关(1)、过滤器(2)、蠕动泵、去气泡装置(11)、密封测量桶(12)，以及与去气泡装置(11)连接的附加传感器水箱(13)；所述附加传感器水箱(13)与密封测量桶(12)、废水池(15)连接。

3.根据权利要求2所述的一种走航式海洋表层多参数连续观测系统，其特征在于所述蠕动泵包括并联的第一蠕动泵(5)和第二蠕动泵(6)。

4.根据权利要求3所述的一种走航式海洋表层多参数连续观测系统，其特征在于所述第一蠕动泵(5)和第二蠕动泵(6)的出口均设有脉冲缓冲器；所述脉冲缓冲器与去气泡装置(11)的入口连接。

5.根据权利要求2所述的一种走航式海洋表层多参数连续观测系统，其特征在于所述去气泡装置(11)的净水出口与密封测量桶(12)的第三控制阀连接，废水出口与附加传感器水箱(13)的出水口、废水池(15)、密封测量桶(12)的第四控制阀连接。

6.根据权利要求2所述的一种走航式海洋表层多参数连续观测系统，其特征在于所述密封测量桶(12)的第一控制阀与附加传感器水箱(13)的入水口连接，第二控制阀与附加传感器水箱(13)的冲洗入水口、淡水入口连接。

7.根据权利要求2所述的一种走航式海洋表层多参数连续观测系统，其特征在于所述密封测量桶(12)的第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀相连通。

8.根据权利要求2所述的一种走航式海洋表层多参数连续观测系统，其特征在于所述密封测量桶(12)在使用时，第一控制阀和第三控制阀开关方向相同，与第二控制阀和第四控制阀开关方向相反。

9.根据权利要求1所述的一种走航式海洋表层多参数连续观测系统，其特征在于所述传感器测量子系统包括：泄漏监测仪(3)，温度传感器(4)，蠕动泵润滑油液位传感器(7)，温度、盐度测量仪(12)，附加传感器单元，流量计(14)；均与数据采集与控制/显示单元(16)连接；

所述泄漏监测仪(3)、温度传感器(4)、设于过滤器(2)与蠕动泵之间的水管上；所述蠕动泵润滑油液位传感器(7)设于蠕动泵内；所述温度、盐度测量仪(12)设于密封测量桶(12)内；所述附加传感器单元设于附加传感器水箱(13)内；所述流量计(14)设于去气泡装置(11)的净水出口与密封测量桶(12)第三控制阀之间连接的水管上。

10.根据权利要求1所述的一种走航式海洋表层多参数连续观测系统，其特征在于所述附加传感器单元包括叶绿素传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、PH传感器、溶解有机物CDOM传感器。