CN208026259U - 一种船载走航式海气通量观测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于海洋装备技术领域，涉及一种船载走航式海气通量观测系统，该系统由大气探测子系统、水下测量子系统、多传感器数据集成系统、气体管路以及数据传输缆组成；大气探测子系统，位于船首的支架平台上，用于大气多要素介质及数据采集，并通过气体管路及数据传输缆与多传感器数据集成系统相连；水下测量子系统，位于船舱内，用于水下多要素介质及数据采集、处理、存储及显示；多传感器数据集成系统，位于甲板上，用于数据的接收、处理、存储及输出。本实用新型是集大气多要素观测系统和水下多要素观测系统以及数据实时显示和在线数据处理等功能的海洋调查测量技术设备，能同步、稳定的对海洋环境中影响海气相互作用的多要素进行同步立体综合观测。
Description
技术领域
本实用新型属于海洋装备技术领域，更具体地说，涉及一种船载走航式海气通量观测系统。
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。海气通量观测系统是海洋调查通用设备，是海洋科考能力建设的重要组成部分，也是物理海洋学家进行海洋调查和研究海洋现象所必备的设备。海气通量观测系统可获取海面和大气热通量、动量通量的详细数据资料，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。
现有技术在海气通量观测时，存在集成度低、兼容性差、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、可靠的船载走航式海气通量观测系统至关重要。建立该系统可以解决现有海气通量观测系统的稳定性差、数据质量差、难以数据在线处理等诸多影响海气相互观测的技术问题。有助于掌握调查海区的海洋与大气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。
实用新型内容
针对已有技术不足，本实用新型提出一种船载走航式海气通量观测系统，解决现有海气通量观测系统的稳定性差、数据质量差、难以数据在线处理等诸多影响海气相互作用观测的技术问题。本实用新型是集大气多要素观测系统和水下多要素观测系统以及数据实时显示和在线数据处理等功能的海洋调查测量技术设备，能同步、稳定的对海洋环境中影响海气相互作用的多要素进行同步立体综合观测。该系统的设计，实现了大气的压力、温度、湿度、风速、风向、太阳长波辐射、短波辐射、大气CO2、水汽含量以及海水表层的CO2含量、温度、盐度、叶绿素、溶解氧、溶解有机物、浊度等物理环境要素的全方位、立体、同步观测的需求，为后期研究海洋与大气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。。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采用下述技术方案予以实现：一种船载走航式海气通量观测系统，包括：水下测量子系统、大气探测子系统、以及与大气探测子系统连接的多传感器数据集成系统；
所述大气探测子系统，设于船首的支架平台上，用于大气多要素介质及数据采集，并与多传感器数据集成系统相连；
所述多传感器数据集成系统，设于甲板上，用于位于水上的传感器数据的接收和存储，并输出至外置数据接收设备；
所述水下测量子系统，设于船舱内，用于水下多要素介质及数据采集、存储及显示。
所述大气探测子系统包括：水气测量仪进气端、三维超声风速风向仪、长波辐射计、短波辐射计、温湿度-大气压力传感器、海表面红外温度测量仪。
所述水下测量子系统包括依次设于海水进水管路上的控制阀、过滤器、泵、去气泡装置、流量计、CO2分析仪，以及与流量计、CO2分析仪连接的数据采集存储显示单元；所述CO2分析仪与海水出水管路连接。
所述控制阀为手动控制阀。
所述控制阀为自动控制阀，控制端与PC机或者数据采集存储显示单元连接。
所述泵的控制端与PC机或者数据采集存储显示单元连接。
所述多传感器数据集成系统包括顺序连接的传感器接线端口、大气子系统多传感器数据采集单元、接口模块RS-485，以及与接口模块RS-485连接的GPS定位装置、水气测量仪、罗经姿态测量仪；
所述传感器接线端口与大气探测子系统中的三维超声风速风向仪、长波辐射计、短波辐射计、温湿度-大气压力传感器、海表面红外温度测量仪连接；所述接口模块RS-485通过数据线缆接口与外置数据接收设备相连；
所述水气测量仪设有两个端口，一个为进气口，另一个为出气口，其中进气口通过气体管路与大气探测子系统中的水气测量仪进气端相连通，出气口通过气体管路与外界大气相连通。
所述外置数据接收设备为PC机和/或水下测量子系统中的数据采集存储显示单元。
所述多传感器数据集成系统还包括顺序连接的温度控制器、交直流转化模块、保险丝、交流电源输入端；所述温度控制器与数据采集存储显示单元连接
本实用新型具有以下有益效果及优点：
以往的海气通量观测系统的设计结构单一，功能简化，未考虑船体自身运动对于测量传感器的数据影响，且难以满足水上水下同步观测的需求，而海洋环境中海气相互作用观测要求较高，对于影响其观测的干扰因素需要全部排除，才能测量到真实的海气数据的变化。本实用新型提出的船载走航式海气通量观测系统，充分考虑了影响大气要素的船体运动等因素的影响以及考虑了水下和水上同步测量、同步校正的功能。测量系统水下测量部分可以对海洋环境中表层海水及大气中CO2/CH4/H2O浓度，及其相关参数(温度、盐度)的走航监测。测量系统水上测量部分可以观测水平风速、风向、气温、相对湿度、净辐射、海表面温度等多个气象要素。该系统可为科研人员提供准确的科研数据，为科学研究提供高质量的数据保障。
附图说明
图1为本实用新型的船载走航式海气通量观测系统整体结构示意图；
图中：1、大气观测子系统，2、气体管路，3、多传感器数据集成系统，4、数据传输缆，5、水下测量子系统。
图2为本实用新型中大气探测子系统俯视结构示意图；
图中：6、水气测量仪进气端，7、三维超声风速风向仪，8、长波辐射计，9、短波辐射计，10、温湿度-大气压力传感器，11、海表面红外温度测量仪。
图3为本实用新型中水下测量子系统结构示意图；
图中：12、控制阀，13、过滤器，14、泵，15、去气泡装置，16、流量计，17、CO2分析仪，18、数据采集存储显示单元，19、数据传输线缆。
图4为本实用新型中多传感器数据集成系统结构示意图；
图中：20、传感器接线端口，21、大气子系统多传感器数据采集单元，22、GPS定位装置，23、水气测量仪，24、进气口，25、出气口，26、罗经姿态测量仪，27、温度控制器，28、交直流转化模块，29、保险丝，30、交流电源输入端，31、数据线缆接口，32、接口模块RS-422，33、数据连接缆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步详细的说明。
实施例1：
如图1所示，一种船载走航式海气通量观测系统，该系统由大气探测子系统1、水下测量子系统5、多传感器数据集成系统3、气体管路2以及数据传输缆4组成；其中：
大气探测子系统1，位于船首的支架平台上，用于大气多要素介质及数据采集，并通过气体管路2及数据传输缆4与多传感器数据集成系统3相连；
水下测量子系统5，位于船舱内，用于水下多要素介质及数据采集、处理、存储及显示；
多传感器数据集成系统3，位于甲板上，用于数据的接收、处理、存储及输出。
如图2所示，所述的大气探测子系统1包括位于船首支架平台上的水气测量仪进气端6、三维超声风速风向仪7、长波辐射计8、短波辐射计9、温湿度-大气压力传感器10、海表面红外温度测量仪11；所述的水气测量仪进气端6通过气体管路2与多传感器数据集成系统3相连，其余组件通过数据传输缆4与多传感器数据集成系统3相连。所有传感器均位于整个走航观测船只的最前面无任何遮挡，所接触大气是没有经过船体扰动，避免了船体自身运动引起对测量参数的影响，保证了大气多要素测量的真实可靠。
如图3所示，所述的水下测量子系统5包括控制阀12、过滤器13、泵14、去气泡装置15、流量计16、CO2分析仪17、数据采集存储显示单元18和数据传输线缆19；其中，所述的控制阀12、过滤器13、泵14、去气泡装置15、流量计16以及CO2分析仪17依次连接于海水进水管路上，所述的CO2分析仪17还连接海水出水管路，所述的流量计16和CO2分析仪17分别通过数据传输线缆19与数据采集存储显示单元18数据连接。控制阀12用于控制海水进入水下测量子系统5，控制阀12打开后，海水进入系统后，首先要通过过滤器13进行过滤，将悬浮物以及泥沙等大颗粒物全部去掉，防止其进入该系统磨损传感器。泵14是用于给该系统提供动力，通过控制泵14的转速等参数保证进水的持续和稳定。去气泡装置15是用于去除进入该系统的非海水中的杂质气体。流量计16用于监测进入CO2分析仪17的海水流量，并将流量的数据发送给数据采集存储显示单元18，根据具体情况进一步调节泵，进而达到控制流量的目的。CO2分析仪17主要是用于测量海水中的CO2含量。数据采集存储显示单元18可以在线实时的显示该系统中所有传感器测量的参数。
如图4所示，所述的多传感器数据集成系统3包括传感器接线端口20、大气子系统多传感器数据采集单元21、GPS定位装置22、水气测量仪23、进气口24、出气口25、罗经姿态测量仪26、温度控制器27、交直流转化模块28、保险丝29、交流电源输入端30、数据线缆接口31、接口模块RS-422 32和数据连接缆33；其中，所述的大气探测子系统中1的所有传感器依次通过数据传输缆4、传感器接线端口20与大气子系统多传感器数据采集单元21数据连接；所述的大气子系统多传感器数据采集单元21、GPS定位装置22、水气测量仪23和罗经姿态测量仪26通过数据连接缆33与接口模块RS-485 32数据连接，所述的接口模块RS-485 32还通过数据线缆接口31与外置数据接收设备相连；所述的水气测量仪23设有两个端口，一个为进气口24，另一个为出气口25，其中的进气口24通过气体管路2与大气探测子系统中1的水气测量仪进气端6相连通，出气口25通过气体管路2与外界大气相连通；所述的交流电源输入端30为多传感器数据集成系统3的供电接入端，所述的交流电源输入端30与交直流转化模块28电连接且之间设置有保险丝29，所述的温度控制器27与交直流转化模块28电连接。该系统中，GPS定位装置22用于给整套系统提供实时的经纬度信息。水气测量仪23通过气体管路2与大气探测子系统1中的水气测量仪进气端6相连通，这种设计保证了气体测量仪23可以在任何恶劣海况的稳定工作，同时水气测量仪进气端6的位置设计充分保障了测量大气的成分和其余参数是同一个大气层，充分保障了数据的可靠、精确。罗经姿态测量仪26用于测量整套系统的横摇、纵倾、沉浮以及三个方向上的加速度信息，为其余的传感器的数据校正提供实时的姿态数据。温度控制器27一端与交直流转化模块28连接，另一端与数据采集存储显示单元18连接，主要是监控其温度变化情况(整套系统的环境温度)，并将交直流转化模块28实时的温度数据显示出来，便于对设备的电源输入端进行安全性监控。
所述的外置数据接收设备为PC机和水下测量子系统5中的数据采集存储显示单元18。数据线缆接口31通过数据传输缆4同时向PC机和水下测量子系统5中的数据采集存储显示单元18进行输出，方便其中任一一套设备的维护和检修，另外，水下测量子系统5中的数据采集存储显示单元18又能够同时显示大气多要素和水下多要素的数据观测，便于统计和校正。
Claims (9)
1.一种船载走航式海气通量观测系统，其特征在于包括：水下测量子系统(5)、大气探测子系统(1)、以及与大气探测子系统(1)连接的多传感器数据集成系统(3)；
所述大气探测子系统(1)，设于船首的支架平台上，与多传感器数据集成系统(3)相连；
所述多传感器数据集成系统(3)，设于甲板上，并连接至外置数据接收设备；
所述水下测量子系统(5)，设于船舱内。
2.根据权利要求1所述的一种船载走航式海气通量观测系统，其特征在于所述大气探测子系统(1)包括：水气测量仪进气端(6)、三维超声风速风向仪(7)、长波辐射计(8)、短波辐射计(9)、温湿度-大气压力传感器(10)、海表面红外温度测量仪(11)。
3.根据权利要求1所述的一种船载走航式海气通量观测系统，其特征在于所述水下测量子系统(5)包括依次设于海水进水管路上的控制阀(12)、过滤器(13)、泵(14)、去气泡装置(15)、流量计(16)、CO2分析仪(17)，以及与流量计(16)、CO2分析仪(17)连接的数据采集存储显示单元(18)；所述CO2分析仪与海水出水管路连接。
4.根据权利要求3所述的一种船载走航式海气通量观测系统，其特征在于所述控制阀(12)为手动控制阀。
5.根据权利要求3所述的一种船载走航式海气通量观测系统，其特征在于所述控制阀(12)为自动控制阀，控制端与PC机或者数据采集存储显示单元(18)连接。
6.根据权利要求3所述的一种船载走航式海气通量观测系统，其特征在于所述泵(14)的控制端与PC机或者数据采集存储显示单元(18)连接。
7.根据权利要求1所述的一种船载走航式海气通量观测系统，其特征在于所述多传感器数据集成系统(3)包括顺序连接的传感器接线端口(20)、大气子系统多传感器数据采集单元(21)、接口模块RS-485(32)，以及与接口模块RS-485(32)连接的GPS定位装置(22)、水气测量仪(23)、罗经姿态测量仪(26)；
所述传感器接线端口(20)与大气探测子系统中的三维超声风速风向仪(7)、长波辐射计(8)、短波辐射计(9)、温湿度-大气压力传感器(10)、海表面红外温度测量仪(11)连接；所述接口模块RS-485(32)通过数据线缆接口(31)与外置数据接收设备相连；
所述水气测量仪(23)设有两个端口，一个为进气口(24)，另一个为出气口(25)，其中进气口(24)通过气体管路与大气探测子系统中的水气测量仪进气端(6)相连通，出气口(25)通过气体管路与外界大气相连通。
8.根据权利要求7所述的一种船载走航式海气通量观测系统，其特征在于所述外置数据接收设备为PC机和/或水下测量子系统(5)中的数据采集存储显示单元(18)。
9.根据权利要求7所述的一种船载走航式海气通量观测系统，其特征在于所述多传感器数据集成系统(3)还包括顺序连接的温度控制器(27)、交直流转化模块(28)、保险丝(29)、交流电源输入端(30)；所述温度控制器(27)与数据采集存储显示单元(18)连接。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN108267128A (zh) * | 2018-04-19 | 2018-07-10 | 中国科学院海洋研究所 | 一种船载走航式海气通量观测系统 |
-
2018
- 2018-04-19 CN CN201820556014.5U patent/CN208026259U/zh active Active
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| CN108267128A (zh) * | 2018-04-19 | 2018-07-10 | 中国科学院海洋研究所 | 一种船载走航式海气通量观测系统 |
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