CN2852285Y - 一种深海拖曳式在线测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种深海拖曳式在线测量系统，包括传感器探测子系统、水下高压仓测控子系统和甲板控制子系统，所述传感器探测子系统对深海数据进行探测，并将探测到的数据传送到水下高压仓测控子系统，所述水下高压仓测控子系统将数据储存后传送到甲板控制子系统，所述甲板控制子系统再对数据进行显示、处理并储存，有效解决了传统的采样－分析方法不能完全反映海洋真实状况的问题，将电化学传感器与现代数据存储和通信技术相结合，达到在线、实时探测的目的，最大限度地减少了样品输送和贮存过程中产生的污染，优化了海洋化学监测的时间方案，使长期、大规模监测化合物浓度变化成为可能，并大大降低了监测费用。

Description

一种深海拖曳式在线测量系统

【技术领域】

本实用新型涉及深海海洋环境参数探测，尤其涉及热液成矿区深海海洋环境参数的探测。

【背景技术】

近年来，海洋科学家们认识到，洋中脊热液活动的演化是一个动态环境体系，其化学、物理和生物过程在时间和空间尺度上都存在强烈的变化，试图用传统采样一测定方法重建流体化学原始环境真实性受到质疑。海水中的温度-压力-成分条件与海上科考船和陆地实验室的常温常压条件有显著的差别，尽管依赖于“采样-(船上或岸上)实验室分析”过程中已不同程度地针对不同的研究对象采取了一些保真措施，但不得不承认的是，通过这些传统的方法和手段获取的认识仍不能够完整地反映海洋/海底物质世界的真实面貌。通过海上采集海洋中不同位置和深度的样品，在船上实验室或回到岸基实验室后再对样本进行各种化学分析的传统工作方式存在以下弊端：耗费大量的人力物力，延长了船舶海上作业时间，因此效率低下、成本高昂；海水采集器的容量有限，获取的生物、微生物样本代表性欠佳，不利于全面了解被探测海域的海洋生态环境；采集到的样品由于温度、压力、光照等条件的变化，引起气相溶解组份的散失，变价离子价态改变，不同组分化合物之间或同组分化合物单体之间结构关系变化，有机组份分解，因此分析数据难以准确反映海水的原始成份与状态。

因此，要全面认识这种非均态现象的原因及意义，迫切需要一种可靠的原位在线监测装置，以便观测其海水的各种物理化学组份。

【发明内容】

本实用新型的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种深海拖曳式在线测量系统，能够原位在线监测深海海水的各种物理化学组份。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种深海拖曳式在线测量系统，包括传感器探测子系统、水下高压仓测控子系统和甲板控制子系统，所述传感器探测子系统对深海数据进行探测，并将探测到的数据传送到水下高压仓测控子系统，所述水下高压仓测控子系统将数据储存后传送到甲板控制子系统，所述甲板控制子系统再对数据进行显示、处理并储存。

进一步地，所述水下高压仓测控子系统包括数据采集模块、A/D转换模块、中央处理单元和数据输出模块，所述数据采集模块对传感器探测子系统中的各传感器探测到的数据进行采集，A/D转换模块将采集到的数据进行A/D转换，转换后的数据通过中央处理单元进行存储，并由中央处理单元输出到数据输出模块，所述数据输出模块将数据传送给甲板控制子系统。

进一步地，所述水下高压仓测控子系统还包括电源控制电路，所述电源控制电路控制传感器探测子系统的供电。

进一步地，所述甲板控制子系统包括但不限于监视模块、控制模块、通讯模块、参数设置模块，所述监视模块对装置状态及传感器数据进行监视，所述控制模块控制传感器的电源及采水器，所述通讯模块接受水下高压仓测控子系统传送的数据，对接受到的数据进行存储、分析和处理，所述参数设置模块对传感器参数、通讯参数进行设置。

进一步地，所述甲板控制子系统还包括显示模块，将通讯模块处理过的数据显示出来，可进行实时数据值显示、数据变化的曲线显示。

本实用新型的有益效果：本实用新型公开了一种深海拖曳式在线测量系统，有效解决了传统的采样—分析方法不能完全反映海洋真实状况的问题，将电化学传感器与现代数据存储和通信技术相结合，达到在线、实时探测的目的，最大限度地减少了样品输送和贮存过程中产生的污染，优化了海洋化学监测的时间方案，使长期、大规模监测化合物浓度变化成为可能，并大大降低了监测费用，海洋在线化学探测技术的开发对于理解短期或瞬间过程对化学元素分布的影响、模拟海洋生物地球化学循环和评价海洋环境、特别是深海环境变化起着不可低估的重要作用，电化学传感器的应用也将极大地促进海洋资源的探测、海洋环境的监测和保护、海洋科学的研究，对国家的经济和社会的可持续发展具有十分重要的意义。

本实用新型的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是本实用新型一种深海拖曳式在线测量系统的结构示意图；

图2是本实用新型一种深海拖曳式在线测量系统中水下高压仓控制子系统的结构示意图；

图3是本实用新型一种深海拖曳式在线测量系统中水下高压仓控制子系统的逻辑框图；

图4是本实用新型一种深海拖曳式在线测量系统中水下高压仓控制子系统中继电器控制电源部分的电路图；

图5是本实用新型一种深海拖曳式在线测量系统中甲板控制子系统的结构示意图。

【具体实施方式】

如图1所示为本实用新型一种深海拖曳式在线测量系统的结构示意图，包括传感器探测子系统1、水下高压仓测控子系统2和甲板控制子系统3，所述传感器探测子系统1对深海数据进行探测，并将探测到的数据传送到水下高压仓测控子系统2，所述水下高压仓测控子系统2将数据储存后传送到甲板控制子系统3，所述甲板控制子系统3再对数据进行显示、处理并储存。本实用新型中将传感器探测子系统1和水下高压仓测控子系统2安装在一个拖曳体框架内，通过传感器探测子系统1中的传感器探测将所测量到的数据传送至水下高压仓测控子系统2，水下高压仓测控子系统2将数据贮存处理后，通过船只上的同轴铠装缆进行长距离传输至甲板控制子系统3，然后甲板控制子系统3对数据进行显示和处理贮存，甲板控制子系统3同时可以根据要求发送指令要求传感器根据需要进行探测。

如图2所示为本实用新型一种深海拖曳式在线测量系统中水下高压仓控制子系统的结构示意图，包括数据采集模块21、A/D转换模块22、中央处理单元23和数据输出模块24，所述数据采集模块21对传感器探测子系统1中的各传感器探测到的数据进行采集，A/D转换模块22将采集到的数据进行A/D转换，转换后的数据通过中央处理单元23进行存储，并由中央处理单元23输出到数据输出模块24，所述数据输出模块24将数据传送给甲板控制子系统3，还包括电源控制电路25，所述电源控制电路25控制传感器探测子系统1的供电。

水下高压仓控制子系统中电源部分可以提供+24V、-24V、+12V、-12V、+5V、-5V等多组不同直流电源，中央处理单元23为水下测控中心，放置在水下高压仓内，是整个测控系统的中心环节，直接对传感器和采样器进行控制，其性能直接影响到整个系统的工作情况，以PC104嵌入式486系统为核心构建，操作系统采用DOS系统，应用软件采用TC编写。

如图3所示为本实用新型一种深海拖曳式在线测量系统中水下高压仓控制子系统的逻辑框图。系统中的A/D板芯片采用ADP800模块，它可与PC-104CPU模块构成一个高性能的数据采集与控制系统，其具有8个双端/16个单端模拟输入通道，24通道基于TTL/CMOS兼容的可编程数字量I/O，三个独立的16位，8MHz或5MHz定时器/计数器，该A/D的模数变换线路可接收最多16个通道的单端模拟量输入，并将这些输入转换成12位的数字数据字，然后通过PC数据总线读出传送到PC的存储器中，每次一个字节。该A/D模块的数字量I/O能直接与外部设备或信号连接、以感知开关的闭合、数字事件的触发、或固态继电器的动作。本系统中的标准RS-232串口输入信号有5个，另外要求3～5个备用的。CPU主板有两个自带的串行口，因此需要扩展多个串行口，本系统选用EMERALD-MM-8的8串口板，具有8个16位FIFO的串行口，串口类型可以在RS-232、RS-422、RS-485之间选取，传输率可以达到115.2kbps，可编程选取I/O地址和中断级，每个端口有8个可编程数字I/O线，为PC-104总线结构。

为了达到节省电池用电的目的，需要对传感器的供电进行控制，设计采用的是通过水下测控系统控制继电器的开闭来实现对部分传感器供电的控制。水下电池组所能提供的是一组28V直流电源，由于水下各个部件需要的电源是不同的，需要变换输出多组电源。水下电源的变换通过两种方式来实现：逆变器实现DC/AC变换、DC/DC变换，DC/DC变换又有两种方式：一种采用了三端固定式集成稳压器，另一种采用了DC/DC模块。

如图4所示为本实用新型一种深海拖曳式在线测量系统中水下高压仓控制子系统中继电器控制电源部分的电路图；继电器的通断是由三极管控制的，三极管的控制端和控制电源的CPU输出端连接。当CPU输出为低电平时，三极管截止，继电器线圈没有电流通过，处于断开状态。当CPU输出为高电平时，三极管导通，继电器线圈通电，继电器闭合。第一三极管Q1用于控制电机电源，第二三极管Q2用于控制霍尔开关电源，第三三极管Q3用于控制高度计电源，第四三极管Q4用于控制FIA探测器电源。

如图5所示为本实用新型一种深海拖曳式在线测量系统中甲板控制子系统的结构示意图，包括但不限于监视模块31、控制模块32、通讯模块33、参数设置模块34，所述监视模块31对装置状态及传感器数据进行监视，所述控制模块32控制传感器的电源及采水器，所述通讯模块33接受水下高压仓测控子系统2传送的数据，对接受到的数据进行存储、分析和处理，所述参数设置模块34对传感器参数、通讯参数进行设置，还包括显示模块35，将通讯模块33处理过的数据显示出来，可进行实时数据值显示、数据变化的曲线显示。甲板控制子系统3为上位机，采用稳定性好，抗干扰能力强的工控机，上位机采用Windows操作平台，甲板控制子系统3中包括有操作控制软件，采用界面友好、交互能力强的Visual Basic系列开发软件编写，操作控制软件能够实现上/下位机的通讯、参数的设定、下发控制命令、解码上传数据、数据显示、数据存盘、密码修改、采水器控制等多种功能，其中的数据显示可以包括数值方式和曲线方式两种。软件中的监视模块31可对电压互感器、倾角传感器、高度器、浊度器、CTD、FIA传感器、PH高温化学传感器、温度、PH低温化学传感器等多种参数的实时数值进行监控，通讯模块33具有通讯控制平台和数据显示平台，可以控制上/下位机之间的通讯，对接收到的数据进行分析、处理，可以将接收到的数据进行存储，并将数据送显示模块35进行显示。

Claims (5)

1.一种深海拖曳式在线测量系统，其特征在于：包括传感器探测子系统(1)、水下高压仓测控子系统(2)和甲板控制子系统(3)，所述传感器探测子系统(1)对深海数据进行探测，并将探测到的数据传送到水下高压仓测控子系统(2)，所述水下高压仓测控子系统(2)将数据储存后传送到甲板控制子系统(3)，所述甲板控制子系统(3)再对数据进行显示、处理并储存。

2.如权利要求1所述的一种深海拖曳式在线测量系统，其特征在于：所述水下高压仓测控子系统(2)包括数据采集模块(21)、A/D转换模块(22)、中央处理单元(23)和数据输出模块(24)，所述数据采集模块(21)对传感器探测子系统(1)中的各传感器探测到的数据进行采集，A/D转换模块(22)将采集到的数据进行A/D转换，转换后的数据通过中央处理单元(23)进行存储，并由中央处理单元(23)输出到数据输出模块(24)，所述数据输出模块(24)将数据传送给甲板控制子系统(3)。

3.如权利要求2所述的一种深海拖曳式在线测量系统，其特征在于：所述水下高压仓测控子系统(2)还包括电源控制电路(25)，所述电源控制电路(25)控制传感器探测子系统(1)的供电。

4.如权利要求1或2或3所述的一种深海拖曳式在线测量系统，其特征在于：所述甲板控制子系统(3)包括但不限于监视模块(31)、控制模块(32)、通讯模块(33)、参数设置模块(34)，所述监视模块(31)对装置状态及传感器数据进行监视，所述控制模块(32)控制传感器的电源及采水器，所述通讯模块(33)接受水下高压仓测控子系统(2)传送的数据，对接受到的数据进行存储、分析和处理，所述参数设置模块(34)对传感器参数、通讯参数进行设置。

5.如权利要求4所述的一种深海拖曳式在线测量系统，其特征在于：所述甲板控制子系统(3)还包括显示模块(35)，将通讯模块(33)处理过的数据显示出来，可进行实时数据值显示、数据变化的曲线显示。

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