CN212111239U - 一种海水温盐校准数据采集装置 - Google Patents

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穆明华
赵卓英
王聪
田孟安
沈飞飞
张晓慧
张川
王玉再
胡波
康莹
王宝森
于小焱
林煦淏
曾兴宁
常双
王丰伟
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Abstract

本实用新型涉及一种海水温盐校准数据采集装置，其包括：恒温槽，所述恒温槽内具有模拟的海水环境；所述恒温槽内具有支撑架，所述支撑架上固定有两个或两个以上的被检CTD；设置有标准温度传感器和标准电导率传感器；所述标准温度传感器和标准电导率传感器使用水密电缆连接，可下放至恒温槽内接近被检CTD的位置，所述标准温度传感器和标准电导率传感器与所述被检CTD位于同一深度。本实用新型可实现对恒温槽内温度和电导率的实时测量，向实验人员提供标准温度和标准电导率值，同时发现实验过程中出现的电导率异常情况。电导率标准值可实时获取，无需在实验中采集海水样品，及时发现被检CTD电导率测量误差，优化实验流程。

Description

一种海水温盐校准数据采集装置
技术领域
本实用新型涉及一种数据采集装置，特别是涉及一种海水温盐校准数据采集装置。
背景技术
海洋计量校准实验室在进行温盐深测量仪(简称：CTD)的温度和电导率校准时，一般使用标准铂电阻温度计和高精度测温电桥作为温度标准器，将标准铂电阻温度计和被检CTD放置于模拟海水环境的恒温槽内，在设定的温度校准点进行温度和电导率测量，记录铂电阻温度计记录的标准温度值和被检CTD的温度、电导率测量值。同时，在每个温度校准点采集海水样品备用。完成所有温度校准点实验后，将海水样品静置数小时直至24℃左右，再使用高精度盐度计进行电导率测量，得出各个温度校准点下的电导率标准值。实验结束后，根据标准值和被检CTD测量值计算得出温度和电导率测量误差。
目前，海水恒温槽深度一般为800mm～1200mm，标准铂电阻温度计长度为475mm左右，无法插入至恒温槽下部，而被检CTD测量位置一般处于恒温槽下部，这就导致标准器和被检CTD测量区域不同，容易造成测量偏差；CTD校准实验中使用的标准铂电阻温度计、测温电桥、高精度盐度计和标准海水(用于海水样品测量前校准盐度计)等装置、材料价格较高且对环境温度、湿度有较高要求，普通校准实验室无法负担；且CTD校准时，由于恒温槽内的电导率值无法实时检测，如果恒温槽内电导率出现波动时，实验人员无法发现，只能在实验完成后通过高精度盐度计测量采集的海水样品来获取，这就导致了校准实验过程中标准电导率值无法实时获取，另外，CTD校准实验一般会同时进行数台CTD，需要在依据仪器类型的要求使用不同版本的配套软件进行被检CTD的连接、调试、数据记录和数据转换工作，工作量较大。
实用新型内容
本专利技术的目的是设计一种海水温盐校准数据采集装置，用于海洋计量校准实验室开展CTD校准实验，以替代传统校准实验中使用的标准铂电阻温度计、测温电桥和高精度盐度计等设备。
本实用新型提供了一种海水温盐校准数据采集装置，其包括：恒温槽，所述恒温槽内具有模拟的海水环境；所述恒温槽内具有支撑架，所述支撑架上固定有两个或两个以上的被检CTD；所述标准温度传感器和标准电导率传感器使用水密电缆连接，可下放至恒温槽内接近被检CTD的位置，所述标准温度传感器和标准电导率传感器与所述被检CTD位于同一深度。
其中，所述标准温度传感器和标准电导率传感器、所述被检CTD与数据采集组件进行连接。
其中，所述标准温度传感器为SBE3传感器，所述标准电导率传感器为SBE4传感器。
其中，所述数据采集组件包括第一数据采集模块和第二数据采集模块；
所述被检CTD通过水密电缆与第二数据采集模块连接，所述第二数据采集模块通过线路连接到第一数据采集模块；
其中，所述数据采集组件包括电源管理单元、ARM中央控制单元、无线通讯单元、温度采集单元、电导率采集单元、A/D采集单元和串口通讯单元；
其中，所述温度采集单元、电导率采集单元、A/D采集单元和串口通讯单元协同工作，实时获取标准传感器和被检CTD传感器的温度、电导率频率数据。
本实用新型的海水温盐校准数据采集装置，可将标准温度传感器、标准电导率传感器和3台被检CTD通过专用接口连接至采集装置上，使用传感器作为标准进行校准实验。不仅可以获取温度和电导率标准值，还可以获取被校准仪器测量值，实现实时测量并计算仪器测量误差。由于标准温度传感器和标准电导率传感器使用水密电缆连接，可下放至恒温槽内接近被检CTD的位置，确保测量位置的一致性，提升实验的准确性。
附图说明
图1为本实用新型的海水温盐校准数据采集装置的结构示意图；
图2为本实用新型的数据采集组件的原理示意图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型的实施例进行说明，本领域技术人员应当理解，下述的说明只是为了便于对实用新型进行解释，而不作为对其范围的具体限定。
图1所示为本实用新型的海水温盐校准数据采集装置。所述海水温盐校准数据采集装置包括：恒温槽1，所述恒温槽1内具有模拟的海水环境；所述恒温槽1内具有支撑架2，所述支撑架2上固定有两个或两个以上的被检CTD，在所述被检CTD的相同深度处设置有标准温度传感器和标准电导率传感器、所述标准温度传感器优选为SBE3传感器，所述标准电导率传感器优选为SBE4传感器；所述标准温度传感器和标准电导率传感器使用水密电缆连接，可下放至恒温槽1内接近被检CTD的位置，优选所述标准温度传感器和标准电导率传感器与所述被检CTD位于同一深度，从而确保测量位置的一致性；所述标准温度传感器和标准电导率传感器、所述被检CTD与所述数据采集组件进行连接。
所述数据采集组件包括第一数据采集模块3和第二数据采集模块4，图2为本实用新型的数据采集组件的原理示意图。在所述数据采集组件中包括电源管理单元、ARM中央控制单元、无线通讯单元、温度采集单元、电导率采集单元、A/D采集单元和串口通讯单元，最高采样频率为24Hz。上述单元根据电路结构布局被分别设置在所述第一数据采集模块3或第二数据采集模块4中。优选，所述电源管理单元、ARM中央控制单元、无线通讯单元、温度采集单元、电导率采集单元、A/D采集单元和串口通讯单元设置在第一数据采集模块3中。
其中，所述标准温度传感器和标准电导率传感器通过水密电缆与第一数据采集模块3连接；所述被检CTD通过水密电缆与第二数据采集模块4连接，所述第二数据采集模块通过线路或无线通讯方式连接到第一数据采集模块3。
标准温度传感器、标准电导率传感器和被检CTD通过接口/串口连接到第一数据采集模块3和第二数据采集模块4后，所述数据采集组件实现了与标准温度传感器、标准电导率传感器和被检CTD的连接，所述数据采集组件中的温度采集单元、电导率采集单元、A/D采集单元和串口通讯单元可协同工作，实时获取标准传感器和被检CTD传感器的温度、电导率频率数据。ARM中央控制单元进行数据的计算和处理，实现温度±0.5V脉冲信号和电导率0～1V脉冲信号的精确计量，最大采集周期为1/24s，模拟量通道为双极性16位A/D。运用混合计数技术，精准测量1/24s时间内标准传感器和被检CTD信号的采集频率值，通过对应模型换算为对应的温度示值和电导率示值。
本装置内置对应模型，可直接完成被校准仪器温度传感器和电导率传感器新校准系数的计算。计算模型如下：
温度计算模型为：
根据公式1对温度传感器和电导率传感器进行拟合，得到新的校准系数：
Figure BDA0002492907140000031
式中：
t——标准温度值，℃；
f0——常数，1000Hz；
g、h、i、j——温度校准系数；
ft——温度频率测量值，Hz。
盐度计算模型为：
根据公式2对电导率传感器进行拟合，得到新的校准系数：
C＝(g+h×fc 2+i×fc 3+j×fc 4)/(1+δ×t+ε×p)/10 (2)
式中：
C——标准电导率值，S/m；
g、h、i、j——电导率校准系数；
fc——电导率频率测量值，kHz；
t——标准温度值，℃；
δ——CTcor，取3.25×10-6；
ε——CPcor，取-9.75×10-8
电源管理单元可为标准温度传感器、标准电导率传感器和被检CTD提供12V直流电源，确保传感器和CTD在校准阶段供电的稳定性。
无线通讯单元可实现标准温度传感器、标准电导率传感器和被检CTD测量功能的控制和测量数据的获取，实时显示被测量恒温槽1内的温度和电导率数据。
所述数据采集组件中的温度、电导率和A/D采集单元可在(1～24)Hz之间获取标准温度和电导率传感器的测量数据，通过ARM中央控制单元的协同处理，完成数据的显示、图形化输出和汇总功能，实时提供标准温度、标准电导率示值和原始值，无需采集海水样品。
该装置依托采集系统中的串口通讯单元，无需使用被检CTD专用软件，即可通过配套采集软件进行通讯，完成被检CTD数据的获取、显示、图形化输出和汇总，实现示值误差的计算和存储，实时展示仪器的测量误差。
使用SBE3和SBE4传感器作为温度和电导率标准器，替代传统实验中使用的标准铂电阻温度计、测温电桥和高精度盐度计等装置，降低环境要求、人员精力和实验室经费投入。
本实用新型通过使用SBE3和SBE4传感器解决了传统方法中标准铂电阻温度计插入深度不足的问题，实现标准传感器和被检CTD测量位置的一致性，消除了由于位置不同带来的测量误差。使用价格较低的传感器替代传统方法中使用的测温电桥、高精度盐度计等价格高昂的标准设备；同时，该装置对实验室环境无特殊要求。可实现对恒温槽内温度和电导率的实时监测，及时发现实验过程出现的异常情况；电导率标准值可实时获取，无需在实验中采集海水样品，及时发现被检CTD电导率测量误差，优化实验流程。校准实验时只需将被检CTD连接在该装置接口上即可，无需由实验人员进行连接、调试和配置，标准传感器和被检CTD数据记录可通过软件同时进行，降低了实验人员的工作强度，提升工作效率。
可以理解的是，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种海水温盐校准数据采集装置，其包括：恒温槽，所述恒温槽内具有模拟的海水环境；所述恒温槽内具有支撑架，所述支撑架上固定有两个或两个以上的被检CTD；设置有标准温度传感器和标准电导率传感器；其特征在于：所述标准温度传感器和标准电导率传感器使用水密电缆连接，可下放至恒温槽内接近被检CTD的位置，所述标准温度传感器和标准电导率传感器与所述被检CTD位于同一深度。
2.如权利要求1所述的海水温盐校准数据采集装置，其特征在于：所述标准温度传感器和标准电导率传感器、所述被检CTD与数据采集组件进行连接。
3.如权利要求1所述的海水温盐校准数据采集装置，其特征在于：所述标准温度传感器为SBE3传感器，所述标准电导率传感器为SBE4传感器。
4.如权利要求1所述的海水温盐校准数据采集装置，其特征在于：所述数据采集组件包括第一数据采集模块和第二数据采集模块。
5.如权利要求4所述的海水温盐校准数据采集装置，其特征在于：所述被检CTD通过水密电缆与第二数据采集模块连接，所述第二数据采集模块通过线路连接到第一数据采集模块。
6.如权利要求4所述的海水温盐校准数据采集装置，其特征在于：所述数据采集组件包括电源管理单元、ARM中央控制单元、无线通讯单元、温度采集单元、电导率采集单元、A/D采集单元和串口通讯单元。
7.如权利要求6所述的海水温盐校准数据采集装置，其特征在于：所述温度采集单元、电导率采集单元、A/D采集单元和串口通讯单元协同工作，实时获取标准传感器和被检CTD传感器的温度、电导率频率数据。
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