CN111854703A - 一体式温盐深流检测装置、系统及方法 - Google Patents

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吴玉尚
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杨祥龙
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王波
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Abstract

一体式温盐深流检测装置、系统及方法，在CTD链上安装单点海流计，按照布放CTD链的方式布放，从而在得到温盐深参数的同时，得到海流剖面参数。一体式海水温盐深流检测装置，包括密封舱以及温度传感器、电导率传感器、压力传感器和单点海流计，密封舱上端盖还设有磁环和包塑钢缆孔。将多个CTDC安装于包塑钢缆从而得到CTDC链。基于一体式温盐深流观测装置的海洋剖面观测浮标系统，包括通信卫星、岸基接收站、浮标和安装于浮标的CTDC链。本发明首次提出了CTDC的概念创新性的提出温盐深流一体化设计思路，可同时测量水体的温度、盐度、深度、流速、流向参数，为精细化检测提供了一条可行路径，CTDC也有望成为标准化术语。

Description

一体式温盐深流检测装置、系统及方法
技术领域
本发明涉及海洋环境监测领域，具体涉及一种一体式温盐深流检测装置、系统及方法。
背景技术
海洋海水温度、盐度、深度和流速流向观测参数，是海洋观测中最基本的重要参数之一，对于海洋环境观测预报、防灾减灾、海洋开发、海洋科学研究等具有重要意义，除了单点的海水温度、盐度、深度和流速流向观测之外，大深度海洋剖面的温度、盐度、深度和流速流向观测越来越受到国内外海洋学者的重视。
目前，海洋剖面观测中，温盐深剖面和海流剖面观测是完全独立的两套设备，温盐深剖面采用不同深度上布设一系列温盐深（CTD）传感器组成温盐深链进行，海流剖面观测采用多普勒声学海流计（ADCP）进行几百米深度范围的海流剖面观测，由于两者是完全独立的，时间上，两者难以同时，空间上，两者观测很难在同一深度层面上，这是因为ADCP利用的是声学多普勒原理，装在浮标上向下发出声波，根据回波多普勒原理，进行不同深度如2米、4米、6米等的流速流向观测，用一台设备即可进行剖面观测；而温盐链，是需要不同层上都安装一台CTD进行观测，所以难以在同一层面、同一时刻进行温盐流的观测。虽然ADCP利用声学多普勒原理，具有一台设备就可以进行海流剖面观测的优势，不过，受声波能量和观测精度限制，目前实际应用中，ADCP观测深度大约只有5~6百米，观测层数30~40层左右；而且ADCP基本都依靠进口，供货周期长，价格也非常昂贵，每台数十万，国外进口CTD价格在十几万左右。通过以上分析可知，目前的方式难以实现对海洋水体的同一层面、同一时刻的温度、盐度、深度、流速、流向的精细化观测，难以满足现代海洋高时空分辨率、高精度海洋环境观测的需求。
发明内容
本发明目的是提供一种一体式温盐深流检测装置、系统及方法，能够同时获取同一水团的海水温度、盐度、深度和流速流向参数，便于精细化观测，以克服现有技术的不足，而且体积小、功耗低。
一种同步、原位观测温盐深流剖面的方法，其特征是利用CTD链作为搭载平台，在该CTD链的指定CTD上安装单点海流计，形成一体式温盐深流检测装置，将所得到的安装有单点海流计的CTD链按照常规的布放CTD链的方式布放到所需海域，启动CTD链与其上的单点海流计进行观测，从而在得到温盐深参数的同时，得到单点海流计所在位置的海流剖面参数。
一种同步、原位全剖面观测温盐深流的方法，其特征是利用CTD链作为搭载平台，在该CTD链的每一个CTD上安装单点海流计，所形成的装置称为CTDC链，将该CTDC链按照常规的布放CTD链的方式布放到所需海域，启动CTD链与所有单点海流计进行观测，从而在得到温盐深参数的同时，得到海流全剖面参数。
一体海水式温盐深流检测装置（CTDC），包括CTD ，其特征在于还包括单点海流计，所述的单点海流计设置在所述的CTD上。
一种一体式海水温盐深流检测装置，包括带有上、下端盖的、内含电路板和电池仓的密封舱，
其特征在于还有温度传感器、电导率传感器、压力传感器和单点海流计，所述三种传感器的采集处理电路集成于所述电路板上，所述单点海流计的采集处理电路也集成于所述电路板上，温度探头、电导率探头、压力探头和单点海流计探头均安装在所述下端盖上；所述上端盖的外端面上还设有用于进行数据耦合传输的磁环。
所述的单点海流计1可以是电磁感应海流计也可以是单点声学海流计。
所述下端盖的外端面上还设有水密插头。
在温度探头和电导率探头外部设置保护罩，所述保护罩固定在所述密封舱上。
所述上端盖的一侧还设有包塑钢缆孔，且单点海流计探头1的轴线与包塑钢缆孔的轴线、密封舱的轴线不在同一个平面。
一种温盐深流检测链（CTDC链），其特征在于包括多个以上所述的一体式温盐深流检测装置，和包塑钢缆，所述的一体式温盐深流检测装置通过包塑钢缆孔而依次安装在所述包塑钢缆上。
基于一体式温盐深流观测装置的海洋剖面观测浮标系统，包括通信卫星、岸基接收站、浮标，其特征在于还包括一体式温盐深流检测链（CTDC链），所述包塑钢缆上端连接于浮标底部，下端则连接有缆绳，所述缆绳下端为锚链，所述包塑钢缆底部或缆绳上还设有浮球。
发明优点
目前，海流观测方法大致可分为机械海流计、电磁海流计、声学多普勒海流计及声学时差海流计4类，其中电磁海流计以其结构原理简单、检测精度高、使用方便、价格便宜、体积小等优点成为单点海流检测中的主力。
因此，提出一种温盐深流一体化的测量方法和仪器装置，利用电磁法海流测量精度高、体积小的特点，结合高精度CTD，将其两者高度集成融合为一体，实现单点的高精度温盐深流的“同时同地”（同一时间，同一层深）观测，再将一体式温盐深流传感器按照不同深度布设成链，实现海洋温盐深流剖面观测，不仅有效克服传统方法温盐深和海流不能“同时同地”的难题，而且层与层之间间隔也可以很小，克服传统ADCP层数受限的不足。
本发明使用的温盐深流剖面观测链可根据实际需要来设置，长度可达上千米，远超传统的ADCP所能观测到的深度。
本申请具有以下显著优点：
1、创新性的提出温盐深流一体化设计思路，可以同时测量同一小水体的温度、盐度、深度、流速、流向参数，为精细化检测提供了一条可行路径。
本申请首次提出了CTDC的概念，正如CTD已成为行业内的标准化产品一样，在本申请的技术构思下，CTDC也有望成为行业标准化术语。
海洋剖面一般是指温盐深流，而CTD只能测量其中三种，只有本发明的CTDC能够实现对于温盐深流的同步检测，因此CTDC在一定程度上取代CTD也是未来的趋势。
2、将温度、电导率、压力和海流探头集成一体，可以实现供电和部分电路的复用，便于控制和降低功耗。
3、利用电磁法海流测量精度高、体积小的特点，结合高精度CTD，将其两者高度集成融合为一体，实现单点的高精度温盐深流的“同时同地”（同一时间，同一层深）观测，再将一体式温盐深流传感器按照不同深度布设成链，实现海洋温盐深流剖面观测，不仅有效克服传统方法温盐深和海流不能“同时同地”的难题，而且层与层之间间隔也可以很小，克服传统ADCP层数受限的不足。
４、本发明可采用国产化温盐深流传感器，因此价格更加低廉，更重要是实现温盐深和海流同时同地原位高精度观测，即不但降低了生产成本，还显著提高了检测效果。
附图说明
图1本发明的一体式温盐深流观测装置俯视图。
图2本发明的一体式温盐深流观测装置分解图。
图3本发明的一体式温盐深流观测装置端面视图。
图4本发明的一体式温盐深流观测装置下端部件立体图。
图5本发明的一体式温盐深流检测装置的工作流程图。
图6基于一体式温盐深流检测装置的海洋剖面观测浮标系统。
其中，1、海流计探头，2、下端盖，3、温度探头，4、保护罩，5、电导率探头，6、密封舱，7、上端盖，8、磁环，9、水密件，10、压力探头/传感器， 11、电路板， 12、电池仓，13、通信卫星；14、岸基接收站；15、一体式温盐深流传感器（即CTDC）；16、浮球；17、缆绳；18、锚；19、浮标；20、包塑钢缆。
具体实施方式
一种同步、原位观测温盐深流剖面的方法，其特征是利用CTD链作为搭载平台，在该CTD链的指定CTD上安装单点海流计，形成一体式温盐深流检测装置，将所得到的安装有单点海流计的CTD链按照常规的布放CTD链的方式布放到所需海域，启动CTD链与其上的单点海流计进行观测，从而在得到温盐深参数的同时，得到单点海流计所在位置的海流剖面参数。
一种同步、原位全剖面观测温盐深流的方法，其特征是利用CTD链作为搭载平台，在该CTD链的每一个CTD上安装单点海流计，所形成的装置称为CTDC链，将该CTDC链按照常规的布放CTD链的方式布放到所需海域，启动CTD链与所有单点海流计进行观测，从而在得到温盐深参数的同时，得到海流全剖面参数。
一体海水式温盐深流检测装置（CTDC），包括CTD ，其特征在于还包括单点海流计，所述的单点海流计设置在所述的CTD上。
如图1-4，一种一体式海水温盐深流检测装置，包括带有上、下端盖（7、2）的、内含电路板11和电池仓12的密封舱6，
其特征在于还有温度传感器、电导率传感器、压力传感器和单点海流计，所述三种传感器的采集处理电路集成于所述电路板11上，所述单点海流计的采集处理电路也集成于所述电路板11上，温度探头3、电导率探头5、压力探头10和单点海流计探头1均安装在所述下端盖2上；所述上端盖7的外端面上还设有用于进行数据耦合传输的磁环8。
所述的单点海流计1可以是电磁感应海流计也可以是单点声学海流计。
所述下端盖2的外端面上还设有水密插头9。
在温度探头3和电导率探头5外部设置保护罩4，所述保护罩4固定在所述密封舱6上。
所述上端盖7的一侧还设有包塑钢缆孔，且单点海流计探头1的轴线与包塑钢缆孔的轴线、密封舱6的轴线不在同一个平面。
水密件9用来实现一体式温盐深流装置15的配置和检测；下端盖2主要用来实现各种探头的安装；温度探头3用来实现海水温度的测量；电导率探头5用来实现海水盐度的测量；压力探头10用来实现装置在海水中深度的测量；海流计探头1用来测量海水的流向和流速；密封舱6用来实现装置测量电路的密封；上端盖7用来实现磁环的安装；磁环8用来实现装置的数据传输。为了减轻重量及体积，装置的密封壳体采用高强度的钛材TC4制作。
一体式温盐深传感器的电磁感应海流探头1、压力探头10、温度探头3、电导率探头5以及水密接插件集成到传感器的下端盖2上，其中海流计探头1，压力探头10以及水密插头9安装到下端盖2的顶端，海流计探头1的测量部分周围保持10cm无金属物遮挡，保证海流测量的准确性；温度探头3和电导率探头5安装到下端盖2的侧面。各探头与下端盖2之间通过O型圈进行密封。
单点海流计探头1安装在与电导率探头5垂直方向上，与包塑钢缆20、密封舱6不在同一平面内，防止安装后，包塑钢缆20在单点海流计1前面对海流测量产生影响。
如图5，利用本发明的上述装置/传感器进行检测的流程：
当到达设定时间或接收到上位机开始采集指令，系统由低功耗休眠状态启动到正常采集状态，
温度、电导率、压力、海流探头按激励与控制时序统一上电工作，
通过信号调制与锁相放大检测后，进行信号采集与处理，
通过微处理器进行常规的计算处理；
输出结果并存储，
然后按一定控制时序系统进入低功耗休眠模式，结束本次采集工作。
如图6，一种温盐深流检测链（CTDC链），其特征在于包括多个以上所述的一体式温盐深流检测装置，和包塑钢缆，所述的一体式温盐深流检测装置通过包塑钢缆孔而依次安装在所述包塑钢缆上。
如图6，一种温盐深流检测系统，包括通信卫星13、岸基接收站14、浮标19，其特征在于还包括一体式温盐深流检测链（CTDC链），所述包塑钢缆20上端连接于浮标19底部，下端则连接有缆绳17，所述缆绳17下端为锚链18，所述包塑钢缆20底部或缆绳17上还设有浮球16。在广泛应用的海洋浮标上，其上部分锚系采用包塑钢缆，将一体式温盐深流传感器（CTDC）按照一定观测层深安装在包塑钢缆上，即可实现海洋温盐深流剖面的实时观测。

Claims (10)

1.一种同步、原位观测温盐深流剖面的方法，其特征是利用CTD链作为搭载平台，在该CTD链的指定CTD上安装单点海流计，形成一体式温盐深流检测装置；将所得到的安装有单点海流计的CTD链按照常规的布放CTD链的方式布放到所需海域，启动CTD链与其上的单点海流计进行观测，从而在得到温盐深参数的同时，得到单点海流计所在位置的海流剖面参数。
2.一种同步、原位全剖面观测温盐深流的方法，其特征是利用CTD链作为搭载平台，在该CTD链的每一个CTD上安装单点海流计，所形成的装置称为CTDC链，将该CTDC链按照常规的布放CTD链的方式布放到所需海域，启动CTD链与所有单点海流计进行观测，从而在得到温盐深参数的同时，得到海流全剖面参数。
3.一体海水式温盐深流检测装置（CTDC），包括CTD ，其特征在于还包括单点海流计，所述的单点海流计设置在所述的CTD上，从而形成CTDC。
4.一种一体式海水温盐深流检测装置，包括带有上下端盖（7、2）的、内含电路板（11）和电池仓（12）的密封舱（6），
其特征在于还有温度传感器、电导率传感器、压力传感器和单点海流计，所述三种传感器的采集处理电路集成于所述电路板（11）上，所述单点海流计的采集处理电路也集成于所述电路板（11）上，温度探头（3）、电导率探头（5）、压力探头（10）和单点海流计探头（1）均安装在所述下端盖（2）上；所述上端盖（7）的外端面上还设有用于进行数据耦合传输的磁环（8）。
5.如权利要求4所述的一种一体式海水温盐深流检测装置，其特征是所述的单点海流计（1）可以是电磁感应海流计也可以是单点声学海流计。
6.如权利要求4所述的一种一体式海水温盐深流检测装置，其特征是所述下端盖2的外端面上还设有水密插头（9）。
7.如权利要求4所述的一种一体式海水温盐深流检测装置，其特征是在温度探头（3）和电导率探头（5）外部设置保护罩（4），所述保护罩（4）固定在所述密封舱（6）上。
8.如权利要求4所述的一种一体式海水温盐深流检测装置，其特征是所述上端盖（7）的一侧还设有包塑钢缆孔，且单点海流计探头（1）的轴线与包塑钢缆孔的轴线、密封舱（6）的轴线不在同一个平面。
9.一种温盐深流检测链（CTDC链），其特征在于包括多个权利要求8所述的一体式温盐深流检测装置（15），和包塑钢缆（20），所述的一体式温盐深流检测装置（15）通过包塑钢缆孔而依次安装在所述包塑钢缆（20）上。
10.一种基于一体式温盐深流观测装置的海洋剖面观测浮标系统，包括通信卫星（13）、岸基接收站（14）、浮标（19），其特征在于还包括权利要求6所述的一体式温盐深流检测链（CTDC链），所述包塑钢缆（20）上端连接于浮标（19）底部，下端则连接有缆绳（17），所述缆绳（17）下端为锚链（18），所述包塑钢缆（20）底部或缆绳（17）上还设有浮球（16）。
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WO2022007319A1 (zh) * 2020-07-08 2022-01-13 国家海洋技术中心 一体式温盐深流检测装置、系统及方法
CN113138260A (zh) * 2021-04-27 2021-07-20 国家海洋技术中心 一种具有连续测量能力的温盐深测量仪

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