CN204944530U - 一种上位机供电的海洋温度深度测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种上位机供电的海洋温度深度测量系统。该海洋温度深度测量系统包括信号获取放大模块和释放装置，该信号获取放大模块包括温度测量模块和深度测量模块，该释放装置包括数据采样模块和上位机。温度测量模块与数据采样模块相连，以便温度测量模块将海水温度信息发送至数据采样模块。深度测量模块与数据采样模块相连，以便深度测量模块将海水深度信息发送至数据采样模块。数据采样模块与上位机相连，以便其将海水温度深度信息进行采样后，由上位机依据采样结果，绘制海水温度/深度曲线图。本实用新型对海洋温度深度数据测量更加准确且稳定性更强，广泛应用于海洋环境信息监测领域。

Description

一种上位机供电的海洋温度深度测量系统

技术领域

本实用新型涉及海洋环境信息监测领域，尤其涉及投弃式温度探头。

背景技术

伴随着人类对海洋资源开发的逐渐深入，海洋研究显得越来越重要。海水的温度、深度等数据是海洋水体最基本的物理要素，也是海洋调查和监测中最重要的观测项目，他们的量值对海洋中其它物理要素有着重要影响。为了掌握海水分布及变化规律，各个国家都在致力于开发随海洋温度深度变化的剖面测量仪器。

XBT(投弃式温度探头)是在不影响船舰航行状态下，快速获取海洋温度剖面的设备，其用来解决船舰在机动状态下的海洋环境参数测量问题，同时也是海洋调查、水声探测等方面非常重要的测量装备和测量手段。

XBT主要由姿态控制部件、温度传感器、信号传输线等组成。投弃式温度探头上的姿态控制部件，使探头按照一定的规律在海水中下降。投放XBT后，当其到达海面时，数据采集板上的计时器开始计时，这样由探头的下降速度和下降时间，就可以计算出探头在海水中的深度值；同时，装在探头前端的温度传感器，把海水的温度值按一定的规律，转换成相应的电阻值，并通过信号传输线，把温度传感器的电阻值，实时地传输到数据采集器中用于采样。这样根据电阻值就可以计算出当前海水的温度值，从而得到海水的温度深度剖面。

实用新型名称为一种能快速获取海水温剖面数据的装置，申请号为201020223746.6的中国专利申请，此装置采用温度传感器获取海洋温度数据，并通过探头下降时间估计得到海洋深度数据，这种方式获得的数据精度低，且重复性与一致性较差。

实用新型内容

本实用新型提出了解决以上问题的一种上位机供电的海洋温度深度测量系统。

在第一方面，本实用新型提供了一种海洋温度深度测量系统。该系统包括信号获取放大模块和释放装置，该信号获取放大模块包括温度测量模块和深度测量模块，该释放装置包括数据采样模块和上位机。该温度测量模块与该数据采样模块相连，以便该温度测量模块将其获取到的反应该信号获取放大模块所处海水温度信息，发送至该数据采样模块。该深度测量模块与该数据采样模块相连，以便该深度测量模块将其获取到的反应该信号获取放大模块所处海水深度信息，发送至该数据采样模块。该数据采样模块与该上位机相连，以便该数据采样模块将所述海水温度及海水深度信息进行采样处理后，由该上位机依据该采样结果，绘制出海水温度/深度曲线图。

本实用新型与传统的通过探头下落时间估计海洋深度数据的方法相比，测量出的海洋深度数据更加准确、稳定性更强。并且本实用新型的海洋温度数据获取方式准确度更高、稳定性更强、重复性优异、反应速度更快。此外，本实用新型通过外部供电方式为信号获取放大模块供电，节约能源且减少了环境污染。同时，由于本实用新型采用了高采样率的数据采样模块，因此得到的海洋温度/深度曲线更加准确。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的海洋温度深度测量系统示意图；

图2为本实用新型一个实施例的温度测量模块的电路图；

图3为本实用新型一个实施例的压力测量模块的电路图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

图1是本实用新型一个实施例的海洋温度深度测量系统示意图。该海洋温度深度测量系统包括信号获取放大模块110、释放装置120以及连接该信号获取放大模块110与该释放装置120之间的线缆(图中未示出)。该信号获取放大模块110用于获取反应海洋温度和深度的相关信息，并分别对该温度深度信息进行放大处理，再将该处理后的信息通过该线缆发送至该释放装置120。该释放装置120接收来自该信号获取放大模块110的反应海洋温度深度信息的两路模拟信号，并分别对其进行采样处理，再依据该采样结果绘制出海洋温度/深度曲线。此外，该释放装置120还通过该线缆为该信号获取放大模块110供电。

下面详细阐述各模块工作原理。

该信号获取放大模块110包括温度测量模块(图中未示出)、深度测量模块(图中未示出)、电源管理模块115；其中，该温度测量模块包括温度传感器111、温度调理放大器113，该深度测量模块包括压力传感器112、压力调理放大器114。

该释放装置120包括数据采样模块121和上位机122，该上位机122还包括电源模块1221。

该信号获取放大模块110中的压力传感器112用于获取反应该信号获取放大模块110当前海水压力的相关信息，并将该信息发送至该压力调理放大器114。该压力调理放大器114将该反应海水压力的相关信息进行放大处理，以得到反应该信号获取放大模块110所处海洋深度的相关信息，并将该信息发送至该数据采样模块121。

该信号获取放大模块110中的温度传感器111用于获取反应该信号获取放大模块110所处海洋的海水温度相关信息，并将该温度信息发送至该温度调理放大器113。该温度调理放大器113将该反应海水温度的相关信息进行放大处理，并将该处理后的信息发送至该数据采样模块121。

该数据采样模块121接收来自该温度调理放大器113的反应海水温度的相关信息以及接收来自该压力调理放大器114的反应海水深度的相关信息，并将该反应海水温度及海水深度的两路模拟信号进行采样处理，从而得到反应海水温度及海水深度的数字信号。该上位机122接收来自该数据采样模块121的该海水温度及海水深度数据，绘制出海水温度/深度曲线。

此外，该上位机122还包括电源模块1221，该信号获取放大模块110包括电源管理模块115。该电源模块1221通过该线缆(图中未示出)向该电源管理模块115提供电压。该电源管理模块115将得到的该电压值进行处理，以得到该温度测量模块及该深度测量模块所需电压，并为该温度测量模块及该深度测量模块提供电压。

较佳地，该电源管理模块115向该温度测量模块提供1.8伏电压，并将该1.8伏电压作为该温度测量模块的激励源电压；该电源管理模块115向该深度测量模块提供4伏电压，并将该4伏电压作为该深度测量模块的激励源电压。

图2是本实用新型一个实施例的温度测量模块的电路图。该温度测量模块包括电阻R15、电阻R14、运算放大器U9A、电阻R16、电阻R17、温度传感器RT1、电阻R19、运算放大器U9B。

一个例子中，该运算放大器U9A及该运算放大器U9B型号为MAX4292。

较佳地，该温度传感器RT1为NTC热敏电阻。

图2中，电阻R15、运算放大器U9A的正电源输出端V+、电阻R17连接至电源。电阻R15与电阻R14相连，并将该连接点作为该运算放大器U9A的同相输入端IN+。运算放大器U9A反向输入端IN-与该运算放大器U9A输出端OUT及电阻R16一端相连，该电阻R16另一端与运算放大器U9B反相输入端IN-及电阻R19一端相连。该电阻R19另一端与运算放大器U9B输出端OUT相连，并将该运算放大器U9B输出端OUT作为该温度测量模块的输出端。

该温度传感器RT1与电阻R17串联，并将该串联的连接点作为该运算放大器U9B的同相输入端IN+。该电阻R17作为该温度传感器RT1的一个分压电阻，用于改善该温度传感器RT1测温区间的线性度，且用来限制流过该温度传感器RT1的电流，从而减小温度传感器RT1自发热导致的测量误差。

该温度测量模块的输出电压Vout为：

$V_{out}=\[\left(1+\frac{R_{19}}{R_{16}}\right)\·\frac{R_t}{R_{17}+R_t}-\frac{R_{19}}{R_{16}}\·\frac{R_{14}}{R_{15}+R_{14}}\]\·V_{in}---\left(1\right)$

其中，Vin为该温度测量模块的输入电压，Rt为该温度传感器电阻值；

较佳地，该温度传感器采用1.8V恒压源供电，即Vin＝1.8伏。

较佳地，电阻R17的取值为温度传感器RT1测温区间中点所对应的热敏电阻值，从而使该上位机122绘制出以该测温区间中点为中心的最陡响应曲线。

较佳地，电阻R17选用温度系数小、性能稳定的金属膜电阻。

较佳地，运算放大器U9A及运算放大器U9B选择低温漂、低噪声的运算放大器，以确保温度测量模块的稳定性及精度。

较佳地，通过调整该温度测量模块中各电阻的电阻值，使得输出电压Vout限定在0伏至该数据采样模块121满刻度值范围内。

图3是本实用新型一个实施例的压力测量模块的电路图。该压力测量模块包括压力传感器VO1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9以及运算放大器U4B、运算放大器U4A、运算放大器U6。

较佳地，L0和H0之间的电阻以及L1和H0之间的电阻由数字电位器提供，以调整该压力测量模块的零点和满量程输出。这里将L0和H0之间电位器输出值记作Rd0，将L1和H1之间电位器输出值记作Rd1。

一个例子中，该运算放大器U4A、运算放大器U4B、运算放大器U6型号为MAX4292。

图3中，压力传感器VO1的电源端与电阻R1一端及电阻R2一端相连，该电阻R1另一端与数字电位器Rd0的L0端相连，该电阻R2另一端与电阻R3一端及电阻R5一端相连，并将该连接点作为运算放大器U4A反向输入端IN-。该电阻R3另一端与数字电位器Rd1的L1端相连。该电阻R5另一端与电阻R6一端相连，并将该连接点作为运算放大器U4A的输出端。该电阻R6另一端与该运算放大器U6反相输入端IN-及电阻R8一端相连。该电阻R8另一端与该运算放大器U6的输出端OUT相连，并将该运算放大器U6输出端OUT作为该深度测量模块的输出端。

该数字电位器Rd0的H0端与运算放大器U4B反向输入端IN-、电阻R4一端相连。该电阻R4另一端与电阻R7一端相连，并将该连接点作为运算放大器U4B输出端OUT。该电阻R7另一端与该运算放大器U6同相输入端IN+及电阻R9相连。

该压力传感器V01输出信号正极端连接至该运算放大器U4B同相输入端IN+，该压力传感器V01输出信号负极端连接至该运算放大器U4A同相输入端IN+。

该深度测量模块的输出电压为：

$V_P=\frac{R_4+R_5}{R_3+R_{d1}}.\frac{R_9}{R_7}(V_{o+}-V_{o-})---\left(2\right)$

其中，Vp为该深度测量模块输出电压，Rd1为数字电位器Rd1输出电阻值，V0+为该压力传感器V01的输出信号正极端的输出电压，V0-为该压力传感器V01的输出信号负极端的输出电压。

较佳地，该压力传感器采用4V恒压源供电。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种海洋温度深度测量系统，其特征在于，包括信号获取放大模块和释放装置；且该信号获取放大模块包括温度测量模块和深度测量模块，该释放装置包括数据采样模块和上位机；

该温度测量模块与该数据采样模块相连，以便该温度测量模块将其获取到的反应该信号获取放大模块所处海水温度信息，发送至该数据采样模块；

该深度测量模块与该数据采样模块相连，以便该深度测量模块将其获取到的反应该信号获取放大模块所处海水深度信息，发送至该数据采样模块；

该数据采样模块与该上位机相连，以便该数据采样模块将所述海水温度及海水深度信息进行采样处理后，由该上位机依据该采样结果，绘制出海水温度/深度曲线图。

2.如权利要求1所述的一种海洋温度深度测量系统，其特征在于，所述深度测量模块包括压力传感器和压力调理放大器；

该压力传感器与该压力调理放大器相连，以便该压力传感器将其获取到的反应该信号获取放大模块所处海水压力信息，发送至该压力调理放大器；

该压力调理放大器与所述数据采样模块相连，以便该压力调理放大器将所述海水压力信息进行处理后得到的所述反应该信号获取放大模块所处海水深度的信息，发送至该数据采样模块。

3.如权利要求1所述的一种海洋温度深度测量系统，其特征在于，所述信号获取放大模块包括电源管理模块，所述上位机包括电源模块；

该电源模块通过该数据采样模块与该电源管理模块相连，以便该电源模块向该电源管理模块提供电压，从而使该电源管理模块通过对所述电压进行处理后，得到所述温度测量模块及所述深度测量模块所需电压。

4.如权利要求1所述的一种海洋温度深度测量系统，其特征在于，所述温度测量模块包括第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十九电阻、温度传感器、第一运算放大器、第二运算放大器；

该第十五电阻与该第十四电阻相连，并将该第十五电阻与该第十四电阻相连的连接点作为该第一运算放大器同相输入端；该第一运算放大器反向输入端与该第一运算放大器输出端及该第十六电阻一端相连，该第十六电阻另一端与该第二运算放大器反相输入端及该第十九电阻一端相连；该第十九电阻另一端与该第二运算放大器输出端相连，并将该输出端作为该温度测量模块的输出端；该温度传感器与该第十七电阻及该第二运算放大器同相输入端相连。

5.如权利要求1所述的一种海洋温度深度测量系统，其特征在于，所述深度测量模块包括压力传感器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第三运算放大器、第四运算放大器、第五运算放大器；

该压力传感器的电源端与该第一电阻一端及该第二电阻一端相连，该第二电阻另一端与该第三电阻、该第四运算放大器反相输入端及该第五电阻一端相连；该第五电阻另一端与该第六电阻一端相连，该第六电阻另一端与该第五运算放大器反相输入端及该第八电阻一端相连；该第八电阻另一端与该第五运算放大器输出端相连，并将输出端作为该深度测量模块输出端；

该压力传感器的输出信号正极端与该第三运算放大器同相输入端相连，该第三运算放大器反相输入端与该第四电阻一端相连；该第四电阻另一端与该第七电阻一端相连，该第七电阻另一端与该第九电阻及该第五运算放大器同相输入端相连；

该压力传感器的输出信号负极端与该第四运算放大器同相输入端相连。

6.如权利要求5所述的一种海洋温度深度测量系统，其特征在于，包括第一数字电位器、第二数字电位器；

该第一数字电位器一端连接至该第一电阻，另一端连接至该第三运算放大器反相输入端；该第二数字电位器一端连接至该第一电阻，另一端连接至该第三电阻。