国产XBT海上测试及实际使用效果分析

投弃式温度探头(XBT)是一种国内外广泛应用的海洋温度剖面测量工具,其国产化对于我国的海洋探测与军事应用具有重大意义。比较了国产与进口XBT的技术参数。结合海洋调查的实际使用情况进行了海上综合对比测试。试验结果表明:国产XBT在测量效果及可靠性上足以媲美国外同等规格产品。同时分析了存在的问题,为进一步完善产品提出了建议。

多枚XBT自动投放与测量系统数据采集控制单元设计

多枚XBT自动投放与测量系统能够在非人工干预的情况下,实现六枚XBT探头的自动顺序投放;介绍了采用C8051F120为主控制器的系统数据采集控制单元的设计;数据采集控制单元实现了如下功能:远程和近程控制、投放动作自动完成、数据的存储和传输等;经实验验证,该系统不但能够快速获得各种特殊情况下的水文数据,而且减少人工投放成本,提高了投放操作的精度和成功率。

基于北斗卫星的XBT数据传输系统设计与实现

针对目前我国海洋测量船上投弃式温深仪(expendable bathythermograph,XBT)数据无法实时传输的现状,采用我国自主研发的北斗卫星导航系统为无线通讯单元,结合数据压缩及数据可视化等技术,设计了基于北斗卫星的XBT数据传输系统,顺利实现了XBT数据的实时传输问题并提高了传输效率。

基于C#的XBT终端显示控制系统设计与实现

海洋权益的维护和海洋环境的保护越来越受到重视,使投弃式温度剖面测量仪(the Expendable Bathythermograph,XBT)应用于海洋科学考察和海洋维权的需求越来越大。介绍一种基于C#的XBT终端显示控制系统,该系统通过串口进行数据通信,实现数据采集、处理和实时数据显示等功能。

国产抛弃式温度剖面仪(XBT)资料质量分析

国家海洋技术中心根据科研需求研发了抛弃式温度剖面仪(XBT)等一系列抛弃式产品。针对2014年8月份在西太平洋海域投放的XBT和XCTD所获取的温度数据进行对比分析,单剖面结果显示两者相关系数达到了0.95,在温跃层处出现温度差,断面标准差分析结果为200 m以上温跃层处较大而200 m以下标准差较小,最大和最小标准差值分别为0.39和0.08。温度断面分析结果显示两者在同样的位置出现等值线的凹凸现象,对大洋水团特殊物理海洋现象描述基本一致。分析温跃层处两者温度存在偏差的原因有3个:不同传感器的不同响应时间引起的误差、深度测量公式的误差以及传感器本身的测量误差影响。国产XBT的数据质量较好,总体上性能能满足对环境复杂海域的快速走航观测,数据质量准确度和可靠性都较好。

电机驱动芯片DRV8823在XBT自动投放系统中的应用

DRV8823是TI公司推出的4H桥电机驱动芯片。在介绍XBT自动投放系统应用背景的基础上,阐述了系统使用的电机驱动芯片DRV8823的组成、应用原理和软硬件实现方案,并给出了软件流程和部分关键代码。最后,叙述了DRV8823在工程应用中的价值和意义。

国产XBT海上比测方法研究及结果分析

随着国产投弃式温深仪(XBT)性能的提高,其使用范围和规模也逐步扩大,受某专项办的委托,厦门大学在南海东北部开展了"海洋监测设备适用性检验规范及海上试验研究(国家863计划)"项目,针对海洋技术领域研发的技术较为成熟、具备产品化条件的XBT开展检验与验证,对国产XBT的性能和实际使用情况进行分析和总结。试验中,在不同站点进行温盐深仪(CTD)现场测量,以此数据为真值对国产和进口XBT精度做评估。在较高速度走航测量时,则以进口XBT数据为参照,对国产XBT进行评估。试验结果表明,国产XBT整体上表现良好,成功率大概为80%,有些型号的国产XBT精度与进口XBT精度接近,但国产XBT无效剖面较多。同时也发现,进口XBT的精度无法满足预期比测的要求,不能准确计算出国产XBT精度,但结果仍然具有参考价值。本次试验可以为国产XBT的规模化应用和推广提供数据支持,也可为其他型号XBT/XCTD/CTD等仪器的比测提供借鉴。

XBT探头外形数值模拟及实验研究

XBT探头是一种手持投弃式温深剖面测量探头,外形结构直接影响其在水中的运动姿态,进而影响其采集数据的准确性。采用N-S方程及k-ε湍流模型对三种不同外形XBT探头的压力场和速度场进行数值模拟,研究了在不同雷诺数下阻力系数的变化趋势,获得了三种不同外形XBT探头的运动极限速度。通过分析攻角与升力关系表明有尾翼探头能够获得稳定的垂直下落姿态。由数值模拟分析结果与实验结果对比可知极限速度基本相符,验证了该数值模拟方法的正确性,可为XBT探头的结构设计提供重要的理论依据。

XBT自动投放测量系统电机控制单元设计与故障分析

XBT自动投放测量系统能够在恶劣海况下完成探头的自动投放,电机控制单元是系统投放机构的控制核心。该单元由主控芯片、电源管理、通信及电机控制接口等部分组成,可实现对投放系统中步进电机、伺服电机和直流电机运动状态的实时控制。在提出了软硬件设计实现方案后,对电机控制单元在测试中发现的各种故障进行了机理分析,改进后的试验结果表明:电机控制单元能够实时响应上位机的控制命令,保证各电机运动状态稳定,使自动投放系统具有实用性好、投放效率高与自动化程度高的特点。

多枚XBT/XCTD自动投放与测量控制系统的设计

为解决现有自动投放装置探头一次性装载数量不足,难以满足密集化、网格化的海洋调查需求等问题,本文提出了具有投放单元扩展功能的多枚XBT/XCTD自动投放与测量控制系统设计思想。系统由投放控制前端、通信控制与数据采集中端、供电单元后端和上位机软件4部分组成,可根据任务需求对前端数量进行增减。在提出硬件方案后,对系统的软件流程进行了设计。通过测试验证了系统硬件工作的可靠性,对发现的软件故障进行了机理分析。优化后的试验结果表明:系统能够实时响应上位机的控制指令,自动识别XBT和XCTD探头类型,实现多枚探头的自动投放,具有探头装填数量多、投放效率高、实用性好等特点,为不同海况下海洋水文的密集化、自动化剖面观测提供了技术基础,具有重要的应用价值。

基于形状特征的XBT探头检测与识别研究

为改进国产投弃式温深仪(XBT)的下降速率公式,拟采用基于图像处理的方法测量其下落过程中的运动参数并分析,为此要实现XBT探头的自动提取。为实现视频图像中XBT探头的自动检测识别,提出了一种基于形状特征的目标检测识别算法。首先通过背景差分法去除背景噪声并阈值分割,采用连通区域的标记算子将二值图像标记为互不连通的待识别区域。然后提取连通区域的偏心率、致密性以及标记图构造描述目标的特征向量,通过计算各连通区域的特征评价函数,利用模糊综合评价方法识别XBT探头。最后对研究方法进行了物理实验验证。实验结果表明:用模糊综合评价方法能较好地在复杂背景下实现目标的识别,能够有效地在序列图像中准确的检测识别出XBT探头目标,为XBT运动参数的测量打下了基础。

基于Argo、XBT数据的苏拉威西海温盐特征分析

综合利用Argo温、盐度观测剖面资料,以及中国南极科学考察时沿途获取的XBT温度剖面,分析探讨了苏拉威西海域(117°E-127°E,0°-8°N)上表层温度和盐度的气候态分布和变化特征。结果表明,苏拉威西海域的温度范围约为2.5℃~30℃,盐度约为33.2‰~35.1‰。与垂向变化相比,温、盐度水平梯度均较小,温度随深度的增加逐渐降低,而盐度则呈现先增后减再增,两低一高的分布特征。整个海域表层呈现出高温低盐的分布特征,次表层温度稍有降低,盐度增加,中层则表现为高温高盐,500 m以深区域温、盐度趋于均匀,底层呈现低温高盐的特性。50~150 m深度处,存在明显的温跃层,夏季(7-9月)跃层深度小于90 m,冬季(1-3月)跃层深度平均约为110 m,而4月份的观测剖面表现出的温跃层深度明显比11月份深,苏拉威西海域中部的温跃层相对也较深。

基于CFX数值模拟的XBT内部传感器布置研究

XBT是可投弃式温深剖面测量仪的简称,用以测量海水不同深度的温度。为了研究XBT探头内部光纤传感器的合理布放位置,以尽可能减小温度与压力测量的误差,针对探头在水中的主要运动状态,运用CFX软件做瞬态温度响应模拟,包括阶跃温度响应和线性温度响应;然后对不同运动速度的XBT探头做稳态数值模拟,着重分析了其导流腔内水流速度与压力分布。模拟结果表明,线性响应引起的温度测量误差要小于阶跃响应,温度传感器宜放在导流腔中靠前的位置,同时导流腔后端存在水流静压为0的位置,适合压力传感器的布放。本文针对光纤XBT探头所做的流体仿真,为内部温度、压力传感器的布置提供了理论指导,对于同类传感器的设计也具有一定的参考价值。

国产XBT在中尺度涡加密观测中的应用

为了详细了解国产抛弃式温度测量仪(XBT)的各项海上综合性能,2018年6月中国科学院海洋研究所在吕宋海峡海域开展了XBT以及定点的温盐深仪(CTD)的剖面测量试验。以CTD现场测量数据为真值,对国产XBT的数据质量和实际使用情况进行了比测分析,并基于XBT追踪观测到的一个吕宋海峡海域直径约为400 km的中尺度涡旋进行了深入分析,投放结果显示国产XBT总体投放成功率在89%左右,对比CTD测量结果两者误差小。同时XBT成功获取了高分辨率的中尺度涡结构特征,该涡旋影响深度超过600 m,主温跃层温度异常最大,涡旋最大旋转速度约为0.6 m/s。结论表明了国产XBT性能在海洋观测中的可靠性及优势,对中小尺度的海洋观测具有一定的意义。

海洋XBT投放系统中探头插销自动拔取机构设计

针对现有人工手持式投弃式温度深度剖面仪(XBT)探头投放方式存在的人为因素对测量的干扰等问题,设计了一种用于XBT自动投放系统的探头插销自动拔取机构。通过杠杆对力的放大作用,实现在有限行程范围内的探头插销自动拔取。实验结果表明,该机构有效可靠,投放成功率达到95%以上,投放平均时间节省50%以上,并可通过简单的外形或接口调整用于多种探头自动投放系统中,应用范围较广。

基于Argo、XBT数据的苏拉威西海温盐特征分析

综合利用Argo温、盐度观测剖面资料,以及中国南极科学考察沿途获取的XBT温度剖面,分析探讨了苏拉威西海域(117~127°E,0~8°N)上表层的温度和盐度的气候态分布和变化特征。结果表明,苏拉威西海域的温度范围约为2.5~30℃,盐度约为33.2~35.1‰;与垂向变化相比,温、盐度水平梯度均较小,温度随深度的增加逐渐降低,而盐度则呈现先增后减再增,两低一高的分布特征,整个海域表层呈现出高温低盐的分布特征,次表层温度稍有降低,盐度增加,中层则表现为高温高盐,500 m以深,温、盐度趋于均匀,底层呈现低温高盐的特性;50~150 m深度处,存在明显的温跃层,夏季(7~9月)跃层深度小于90 m,冬季(1~3月)则平均约为110 m,而4月份的观测剖面上表现出的温跃层深度明显比11月份深,苏拉威西海域中部的温跃层相对也较深。

XBT40-100B水表检定装置研究、探讨与技术操作要点

大口径水表的检定方式不同于一般普通水表,为提高检定准确率,必须采用换向法。利用启停法容易造成安全事故。

Ca_xSr_(1-x)Bi_4Ti_4O_(15)铁电陶瓷的制备及性能研究

用溶胶凝胶法制备了CaxSr1-xBi4Ti4O15(CxS1-xBT)铁电陶瓷前躯体粉体,利用差热分析、X射线衍射分析,确定了该体系的烧结温度和样品的相结构,测试了电学性能。较系统地研究了不同组分对居里温度、铁电性能的影响及相关机理,结果表明,当x=0.6时,CxS1-xBT铁电陶瓷的铁电性良好,剩余极化强度Pr=8.2μC/cm2,矫顽场强Ec=57kV/cm,居里温度为670℃,样品性能的改善与离子极化率、晶格畸变等因素有密切关系。

SZC16-1型温度剖面仪测量电路可靠性预计研究

文中主要以SZC16-1型XBT测量电路为例,从固有可靠性预计的理论基础出发,通过对基本元器件、单元电路及整个可靠度的计算,给出了目前该型号XBT测量电路的可靠性参数,同时阐述了硬件电路可靠性研究的方法和步骤。

海洋投弃式温深剖面仪应用发展概述

海洋温度的变化会显著影响水下声传播、生物活动、气象和洋流等现象,温深是反映海洋变化运动规律的基本参数。投弃式温深剖面仪(Expendable Bathythermograph,XBT)、温盐深测量仪(Conductivity Temperature Depth,CTD)、全球海洋实时观测网(Array for Real-time Geostrophic Oceanography,Argo)等是目前进行海水温深测量的主要仪器。其中XBT因其现场测量简便、效率高、硬件成本低等特点,正在被大规模使用。本文主要介绍有关海洋温度测量的背景及演化历史,分析对比了国内外相关仪器设备的发展现状,总结了国产化产品还存在的差距和不足,另外对传感器、结构设计、数据通讯传输、数据后处理、可靠性研究等关键技术和研究热点进行了详细介绍,最后对未来无人平台的技术发展路线给出了思路和见解,开展投弃式温深剖面仪的相关技术研究和产品研制对实现国产化有积极的推动意义。