CN202066608U - 智能海水表层温度测量仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种智能海水表层温度测量仪，包括水温传感器、浮子和通信电缆，浮子内部充填发泡剂，水温传感器镶嵌在浮子中心的传感器通孔内并与浮子固定连接，连接水温传感器的通信电缆与岸上的上位机连接。水温传感器呈圆柱状结构，外壳套桶内嵌套金属套管，套桶内设置温度测量探头和数据采集电路板，温度测量探头置于底端，数据采集电路板置于金属套管中心。水温传感器、通信电缆和浮子会随着水位的变化而自由升降，使水温传感器直立于表层海水中，温度测量探头的半导体温度敏感元件感应海水温度信号，数据采集电路板采集感应探头的温度值，经过运算处理，再由通信电缆向上位机输出实时的水温测量值。
Description
技术领域
本实用新型涉及海洋测量装置，特别是涉及一种测量海水表层温度的装置。
背景技术
海水温度是最基本的海洋环境要素之一，是反映海水热状况的物理量，海水温度的分布与变化影响并制约着其他水文气象要素的变化。海水温度资料对全球气候变化研究以及中长期的气象预报有着非常重要的意义，海水温度的分布及其随时间的变化直接影响水下声波的传播速度和路径变化。海水温度测量对于海洋科学研究、海洋开发利用以及海上军事活动等都具有重要意义。
海水温度测量通常采用集成测量仪器，水温传感器需要和其它水文要素传感器集成组合在一起使用，比如CTD、XCTD、XBT等测量仪器。这些测量仪器需要搭载测量船只，在船舶到达站位后使用绞车下放到不同深度测量海水温度、盐度和深度剖面。这些测量仪器制造成本较高，海上作业比较麻烦，不适用近岸水温观测和海洋表层水温观测。
目前，近岸海洋表层水温测量使用人工方法进行：一是使用把水银温度计装在特制外壳内的海水表面温度计测量，提出水面读取温度值时温度计仍然浸在外壳内的海水中；另一种方法是人工水桶提取海水，再用精密温度计测定水温。此外，在卫星上通常利用辐射温度计测量大范围的海水表面温度。
使用人工方法测量海水表面温度，需将温度计直接放入水中进行或者用水桶取水进行。这种测量方法费时、费力，无法实时、快速、不间断地获取所有的原始数据，而且测量的准确性也易受到人为因素的影响。利用飞机或者卫星遥感测温可以迅速同步获取大面积温度信息，但是遥感测得的海表温度与常规方法测得的表层温度和很大差异，而且热带气团和油膜对遥感测量影响也较严重。
发明内容
针对现有技术海水表层温度测量所存在的问题，本实用新型推出一种能够长期连续自动监测表层海水温度的仪器，采用水温传感器和浮子的组合结构，使水温传感器保持在表层海水中，实现近岸表层海水温度要素的长期定点自动测量。
本实用新型所涉及的智能海水表层温度测量仪包括水温传感器、浮子和通信电缆，水温传感器镶嵌在浮子中心并与浮子固定连接，连接水温传感器的通信电缆从两侧穿过浮子与岸上的上位机连接。上位机为数据处理显示的终端计算机或者数据采集器。
浮子呈圆筒形结构，主体采用钢板骨架，外封PVC材料，内部充填发泡剂。浮子下部设置配重铅板，压住配重铅板的压板与浮子内部的钢板焊接。浮子中央开有传感器通孔，水温传感器镶嵌在通孔内。
水温传感器呈圆柱状结构，外壳包括套桶、顶盖、底座，顶盖和底座与套桶粘接。套桶中心嵌套金属套管，套桶内部采用环氧树脂灌封。水温传感器套桶内设置温度测量探头和数据采集电路板，温度测量探头置于水温传感器底端，数据采集电路板置于金属套管中心。温度测量探头外部设置可拆卸的防护罩，通过螺纹连接到底座上，防护罩上开有圆孔， 温度测量探头可通过防护罩开设的圆孔与外部海水接触。温度测量探头包括用不锈钢材料封装的半导体温度敏感元件，半导体温度敏感元件与数据采集电路板连接，数据采集电路板与连接上位机的通信电缆连接。通信电缆通过顶盖中心电缆孔内的锁紧插头与数据采集电路板连接，顶盖内部采用环氧树脂灌封。
本实用新型所涉及的智能海水表层温度测量仪应用时，浮子和中心镶嵌的水温传感器置于表层海水中，水温传感器直立于海水中，温度测量探头的半导体温度敏感元件感应海水温度信号，数据采集电路板采集感应探头的温度值，经过运算处理，再由通信电缆向上位机输出实时的水温测量值。通信电缆采用硫化拉力电缆，提供对传感器的牵引和传输信号。水温传感器、拉力通信电缆和浮子会随着水位的变化而自由升降，实现了真正意义上的海水表层温度测量。
本实用新型所涉及的智能海水表层温度测量仪使用数字化半导体温度敏感元件和使用稳定可靠的数据采集技术，并采用最小二乘法校正数据测量误差，具有响应速度快、测温精度高等特点。而且，水温传感器与上位机采用RS485通信，可以接受上位机的命令，实现数据输出、自校准、自动标定、故障报警等功能，具有智能化的特点。智能海水表层温度测量仪可以安装在近海海岸、江河和湖泊中来测量水体表层温度的实时变化。
附图说明
图1为水温传感器和浮子连接示意图。
图2为水温传感器剖面图。
图3为数据采集板电路框图。
附图中标记说明：
1、浮子 2、右穿线孔
3、销钉 4、发泡剂
5、定位块 6、螺母
7、左穿线孔 8、配重铅板
9、水温传感器 10、滑轮
11、配重块 12、通信电缆
13、压板 14、底座
15、保护罩 16、通水孔
17、温度测量探头 18、数据采集电路板
19、金属套管 20、顶盖
21、套桶。
具体实施方式
图1显示本实用新型涉及的基本结构，图2显示水温传感器的剖面结构，图3显示数据采集电路的框图。
如图1所示，本实用新型所涉及的智能海水表层温度测量仪包括水温传感器9、浮子1和通信电缆12。浮子1呈圆筒形结构，主体采用钢板骨架，内部充填发泡剂4。水温 传感器9包括有温度测量探头17和数据采集电路板18。通信电缆12连接水温传感器9，并穿过浮子1两侧的穿线孔引出。
水温传感器9和浮子1的上端由销钉3固定。销钉3穿过水温传感器9上端的销钉孔和浮子1上端的定位块5，并由销钉3末端的螺母6拧紧。浮子1下部设置配重铅板8，压住配重铅板8的压板13与浮子1内部的骨架钢板焊接。
浮子1两侧开穿线孔，连接水温传感器9上端的通信电缆12，从浮子1右穿线孔2穿过后，穿过滑轮10，然后再从左穿线孔7穿出。通信电缆12为海洋专用的四芯硫化拉力电缆，提供对水温传感器9的牵引和传输信号。滑轮10挂在水温传感器9的下端，配重块11挂在滑轮10的下端。滑轮10和配重块11在通信电缆12上滑动，防止通信电缆12在浮子1上升和下降时缠绕。
水温传感器9呈圆柱状结构，主体采用UPVC管材加工而成。套桶21中心嵌套金属套管19，底座14与套桶21粘接。套桶21内部采用环氧树脂灌封。数据采集电路板18安装在金属套管19中心，固定在底座14上，金属套管19增强传感器的强度和抑制电磁骚扰对数据采集电路的影响。温度测量探头17置于水温传感器9的底端，通过外螺纹与底座14中心旋紧。温度测量探头17外部设置保护罩15，保护罩15通过螺纹连接到底座14上，保护罩15上开通水孔16。温度测量探头17包括用不锈钢材料封装的半导体温度敏感元件，半导体温度敏感元件焊接引线后浸入预先用导热硅脂垫底的温度测量探头17中，温度测量探头17的中部涂密封胶固化，温度测量探头17的上部再采用环氧树脂灌封。半导体温度敏感元件与数据采集电路板18连接。通信电缆12穿过顶盖20中心电缆孔内的锁紧插头后与数据采集电路板18连接，顶盖20内部采用环氧树脂灌封。
数据采集电路板18上的水温传感器电路按照功能分为信号调理单元、微处理器单元、RS485隔离通信接口单元、时钟源和电源单元五个部分。
电源单元将输入的12V电源通过开关电源芯片变换成5V电压，给温度敏感元件DS18B20、RS485芯片和隔离电源模块供电，5V电压经过LDO芯片变换成3.3V电压给微处理器单元和信号调理单元供电。时钟源为单片机提供运行所需的时钟。为了保证数据通信的可靠性和提高组网的灵活性，提高抑制电磁干扰的能力，水温传感器采用隔离RS485通信方式与主机进行数据通信，DS18B20输出信号经信号调理单元电平变换和整形后送微处理单元进行数据采集，单片机经运算处理和修正后，以1Hz的输出频率按预定协议向上位机输出实时的水温测量值。并可以接受上位机的命令，实现修改数据输出方式、自动校准、系数设定等功能。传感器发生故障时，会向上位机输出报警信息。
Claims (8)
1.一种智能海水表层温度测量仪，其特征在于，包括水温传感器、浮子和通信电缆，水温传感器镶嵌在浮子中心并与浮子固定连接，连接水温传感器的通信电缆从两侧穿过浮子与岸上的上位机连接；浮子呈圆筒形结构，主体采用钢板骨架，内部充填发泡剂，浮子中央开有传感器通孔，水温传感器镶嵌在通孔内。
2.根据权利要求1所述的智能海水表层温度测量仪，其特征在于：所述水温传感器呈圆柱状结构，外壳包括套桶、顶盖、底座，顶盖和底座与套桶粘接；套桶中心嵌套金属套管，套桶内部采用环氧树脂灌封；套桶内设置温度测量探头和数据采集电路板，温度测量探头置于水温传感器底端，数据采集电路板置于金属套管中心。
3.根据权利要求2所述的智能海水表层温度测量仪，其特征在于：所述温度测量探头外部设置可拆卸的防护罩，通过螺纹连接到底座上，防护罩上开有通水孔，温度测量探头可通过防护罩开设的通水孔与外部海水接触；温度测量探头包括用不锈钢材料封装的半导体温度敏感元件，半导体温度敏感元件与数据采集电路板连接，数据采集电路板与连接上位机的通信电缆连接。
4.根据权利要求3所述的智能海水表层温度测量仪，其特征在于：所述通信电缆通过顶盖中心电缆孔内的锁紧插头与数据采集电路板连接，顶盖内部采用环氧树脂灌封。
5.根据权利要求3所述的智能海水表层温度测量仪，其特征在于：温度测量探头的半导体温度敏感元件用不锈钢材料封装，半导体温度敏感元件焊接引线后浸入预先用导热硅脂垫底的温度测量探头中，温度测量探头中部涂密封胶固化，上部再采用环氧树脂灌封。
6.根据权利要求1所述的智能海水表层温度测量仪，其特征在于：水温传感器和浮子的上端由销钉固定，销钉穿过水温传感器上端的销钉孔和浮子上端的定位块，销钉末端用螺母拧紧。
7.根据权利要求1所述的智能海水表层温度测量仪，其特征在于：浮子下部设置配重铅板，压住配重铅板的压板与浮子内部的骨架钢板焊接。
8.根据权利要求1所述的智能海水表层温度测量仪，其特征在于：浮子两侧开穿线孔，连接水温传感器上端的通信电缆，从浮子右穿线孔穿过后，再穿过滑轮，然后再从左穿线孔穿出。
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