温盐深传感器的研究进展与发展趋势

在气象观测、航海、海洋资源开发和海洋国防建设等领域,温度、盐度和深度是探索海洋环境所需的重要基本物理参数,而用于海洋温盐深(CTD)参数测量的重要仪器——CTD传感器具有极其重要的价值。本文将以CTD传感技术、测量方式和传感器搭载方式这几方面论述CTD传感器的发展历程和研究进展,并对CTD传感器未来的发展方向、发展趋势和应用前景进行展望。

面向水下导航的温盐深数据采集与标定方法

海洋存在温度、盐度突变的海水跃层,会大幅改变海水浮力导致水下潜航器急剧下沉或上浮造成巨大危害,因此温度、盐度和深度数据是潜航器在水下导航的重要环境参数,已越来越多地被应用于潜航器的水下多源融合导航。近年来随着水下导航精度的不断提升,对温盐深数据的精度要求也越来越高,而提高传感器及采集电路的稳定性与精度、优化数据标定方法是保障数据精度的关键。传统温盐深数据采集与标定方法存在稳定性差、精度低等缺点,因此提出了一种基于最小二乘法的温盐深数据采集与标定方法,旨在提高测量精度的同时降低成本与设计难度,便于产品的工程实现。相比传统方法,本方法精度提升1个数量级,达到JJG 763-2019的一级计量要求。

基于准实时传输潜标的国产温盐深仪对比分析

高精度的温盐深测量仪(Conductivity-Temperature-Depth,CTD)是实现海洋动力环境背景要素长期连续观测的最重要的海洋观测设备之一。尽管国产CTD的研制已经取得了一系列应用成果,但是基于深海潜标平台的多深度的CTD比测工作仍然较少。本文基于“十三五”期间国家重点研发项目研发的准实时传输潜标平台所搭载的三组国产CTD与进口的CTD所获取的数据进行了详细的比对分析。在潜标系统较为稳定的时刻,两者的平均温度差最小为0.001℃,平均盐度差最小为0.001 psu。比测结果表明:国产CTD在复杂的深海海洋环境下所测得的温盐深数据具有较高的稳定性与可靠性。国产高精度CTD的研制与应用对提高我国海洋现场连续和长期的观测能力,促进海洋基础科学研究的发展具有重要作用。

投弃式温盐深测量仪发展概述

投弃式温盐深测量仪(expendable conductivity temperature and depth,XCTD)是一种先进的海洋动力环境要素测量仪器,能够在各种民用、军用船只、飞机或者潜航器上使用,用以快速获取水下环境信息数据。其使用灵活、快捷经济、操作简便,是海洋调查的常备仪器,也是对海洋环境监测浮标、潜标、船载CTD等传统测量仪器的重要补充。目前,投弃式温盐深测量仪因其测量投放简便、测量效率高、硬件成本低等特点,在海洋剖面观测领域中被大量使用。为了了解国内外发展的差距,明确该领域未来发展方向,从投弃式海洋仪器设备的分类谈起,通过对比分析和归纳总结,阐述了投弃式温盐深测量仪的国内外发展现状,对比了国内外投弃式温盐深测量仪的主要差距,重点介绍了潜射式温盐深仪(SSXCTD)的工作原理及关键技术,总结了在潜射式温盐深仪的研究领域需要加强研究的方向。

基于LabVIEW水下温盐深数据采集程序一体化设计

温盐深数据在海洋观测、海洋资源开发、国防军事领域都发挥着重要作用,为研究海洋过程、开发海洋资源、保护海洋生态等重要领域提供基础水质数据。为实现温盐深传感器中各类数据的实时采集、实时显示和数据储存等功能,本文基于LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering)软件,USB数据采集卡、温度传感器、压力传感器、电导率传感器、计算机等硬件,通过设计采集程序,实现各类传感器与计算机的通信交互,最终完成基于LabVIEW水下温盐深数据采集程序一体化设计。经过多次测试验证,该程序具有性能稳定、通用性强等特点,同时在测量精度方面,温度和深度数据与实际测量数据基本一致,盐度数据平均误差为2.33%,基本满足设备要求,为水下温盐深数据采集提供新的思路。

温盐深变化对波束脚印坐标的影响规律分析

在多波束测深中,温盐深剖面数据的准确性对测量精度起到非常重要的作用,而在实际测量中,温盐深误差又不可避免地存在。为了分析温盐深变化对波束脚印坐标的影响规律并将其影响值量化,本文在声速剖面间接测量数据的基础上,选择精度较高、适应性较强的声速经验公式推导其误差公式,计算温盐深变化所引起的声速误差值,并且在常梯度声线跟踪模型的基础上推导出声波旅行轨迹的水平位移和垂直位移误差公式,然后结合声速剖面计算出声速误差对波束脚印坐标的影响程度。实验结果表明,温度变化对声速的影响最大,盐度和深度依序次之;温度、盐度、深度3个参量的变化引起波束脚印Z坐标的变化量均大于X、Y坐标,最高可达变化前深度的0.6%。温度和盐度的变化引起的三轴坐标值变化量随入射角的增大而减小,而深度变化引起的三轴坐标值变化量几乎不随入射角的变化而变化。本文研究结果可为温盐深误差对多波束测深精度评估工作提供借鉴作用。

感应传输温盐深链水上低功耗控制系统设计

感应耦合数据传输温盐深(CTD)链是采用感应耦合技术实时获取CTD链上多台水下CTD传感器采集数据的仪器。以MSP430为主控制器,设计低功耗的水上控制系统,实现了控制水下传感器的采集、获取并存储水下传感器数据、与浮标上位机通信等功能。测试表明:该水上控制系统运行平稳,且在降低功耗方面有很好的性能。

机载投弃式温盐深浮标中的三项关键技术研究

机载投弃式温盐深浮标 ,是机载投弃式温盐深浮标技术系统中的核心部分。本文在对整个技术系统做一般简要介绍基础上 。

一种新型温盐深传感器的数据采集与应用

该文主要讨论SBE37-SI MicroCAT温盐深传感器的数据采集,它能精确测量海水的温度、电导率、压力、深度、盐度、声速、密度等状态参数,能很好地满足潜水器导航控制的要求。但由于其数据的输出格式与导航设备的格式有差异,无法直接与导航系统直接交换数据,因此需要设计数据采集电路接口,使其能和导航系统实现数据交换。

海洋温盐深传感器技术自主创新与产业发展的几点思考

温盐深(CTD)是海洋动力环境要素中最基础的环境信息,海洋调查首先是对海水的温度、盐度随深度分布及变化的调查。所有的海洋观测监测平台都要集成和应用温盐深传感器,相关测量仪器已普遍应用于台站,船舶,浮标,潜标,座底式、拖曳式和水下运动平台等。文中分析了国际上海洋CTD测量传感器的应用需求和技术发展动态,回顾了我国温盐深传感器技术的发展历程,深度剖析国内CTD传感器应用的"卡脖子"之痛原因之所在。最后,针对多年来我国该项技术一直依赖于进口、受制于人的现状,提出实现该技术自主创新和产业发展的思考建议。文中研究可以为未来国产海洋CTD传感器技术的自主创新和产业发展提供一些建议。

2014–2015年东海站06号浮标温盐深剖面观测数据集

温盐深是反应海洋物理学特性的重要参数,是海洋水文观测的基本要素。为获取东海海域水体的温盐深剖面观测数据,中国科学院海洋研究所于2014年10月开始依托中国近海海洋观测研究网络东海站06号海洋综合观测浮标系统,采用锚链悬挂方式共获取到4个水层、连续412 d的温盐深数据。为了更好地利用这些来之不易的观测数据,我们采用规范的数据处理方法和质量控制体系对观测数据进行预处理,为科研工作者提供申请下载服务,为海洋科学研究和防灾减灾提供基础数据支撑。

温盐深测量仪实验室校准方法

介绍了目前我国海洋环境调查中常用的温盐深测量仪的类别与工作原理。分别对温度、盐度（电导率）、深度（压力）3种参量的校准过程进行了重点论述，包括校准前准备工作、校准实施过程、数据采集等。针对仪器所获得数据的不同类型，分别对能够获得原始值及不能得到原始值的2种仪器提出了2种数据处理方法，并用EXCEL软件进行了演示。对于只能取得示值的仪器直接对其数据进行回归，得到拟合曲线及校准公式。对于可给出原始N值的仪器，可通过对其厂商提供的N值与示值的转化公式进行转换，以N值为自变量，约定真值为因变量进行拟合，得到拟合曲线及校准公式，并可计算出新的修正系数。

温盐深测量系统误差源分析及处理

温盐深测量系统在我国资源调查专项和海洋区域地质调查中都发挥了重要的作用,根据长期对温盐深测量系统的使用经验,重点分析了SBE9plus温盐深测量仪的误差源以及对误差源处理以减少误差源对温盐深测量产生的影响。这些误差源主要包括传感器静态误差和动态误差。

新型感应耦合传输式温盐深链

本文对海水温度、盐度、深度要素测量技术进行研究,研制了一种新型的锚定式海水温盐深测量传感器链,用以测量浅海中温度、盐度动态变化剖面,并利用创新的感应耦合数据传输技术完成温盐深剖面数据的实时传输,为海洋內波研究、海洋环境数值实时预报和灾害性海况遥测提供技术保障。

泵控管路系统在温盐深测量中的优势分析

温盐深测量技术发展过程中,如何消除盐度尖峰现象一直是大家关心的问题。海鸟公司的泵控管路系统设计,对于修正此类动态误差,效果明显。文章将对该设计的物理结构及工作原理进行简要介绍,重点讨论泵控管路系统在提高CTD空间分辨率以及同步C-T传感器方面的功能,并使用现场数据验证该系统在静态时的性能表现。

海翼水下滑翔机温盐深剖面仪盐度修正

通过均值过滤及Morison热滞后校正公式对存在温度误差的原始盐度进行修正。经过均值滤波后盐度尖峰现象消失,在温跃层由于热滞后导致的条状盐度抖动现象减小,上下行剖面盐度误差从0.013减小到0.004,总体修正盐度修正率提高3.05倍。结果表明利用该分段修正方法修正水下滑翔机搭载温盐深剖面仪(CTD)存在的盐度“尖峰”及热滞后误差效果显著。

基于XML的温盐深数据Schema设计

XML是W3C组织于1998年2月发布的一种标记语言标准,其具有易于扩展、结构性强、交互性好、语义丰富、基于内容的数据标识、可格式化、易于处理、与平台无关的特点,使得数据层在XML技术的支持下得到统一。通过对海洋温盐深数据进行结构分析,本文设计了温盐深数据XML Schema,定义了温盐深数据的XML数据结构。

温盐深测量仪电导率传感器校准的优化与提升

在温盐深测量仪电导率传感器示值误差校准的基础上,利用含温度和压力修正的4阶电导率校准方程校准电导率传感器在盐度为35海水中的电导率输出示值,并验证该校准方程在盐度为33和37海水中的适用性。结果表明:在盐度为35海水中,电导率校准方程能有效校准温盐深测量仪电导率传感器在不同温度条件下的电导率示值。经电导率校准方程校准后,温盐深测量仪电导率传感器示值误差绝对值最大值分别由0.013 56 S/m和0.012 57 S/m调整为0.000 31 S/m和0.000 90 S/m;在盐度为33和37海水中,电导率校准方程具有良好的适用性。电导率校准方程在盐度范围为33～37海水中能有效适用于温盐深测量仪电导率传感器的校准,经电导率校准方程校准后的温盐深测量仪电导率传感器能满足一级温盐深测量仪技术指标要求(MPE:±0.002 S/m)。

CTD(温盐深仪)吊架超长单节伸缩行程设计

文章介绍了CTD(温盐深仪)吊架工作原理、构造及组成,并对CTD吊架超长单节伸缩行程的矩形伸缩臂进行了设计和工艺研究。采用试验验证方法对CTD吊架进行总体强度、刚度和稳定性验证,结果表明,目前CTD吊架单节伸缩行程达到了4.15 m,突破了船吊伸缩行程不超过1.4 m的常规限制。CTD吊架的研发实现了深水科考支撑设备零的突破,填补了深水科考设备国产的空白。

温盐深传感器敏感元件应用现状概述

为掌握温度、盐度和深度等海洋基本水文参数,介绍了温盐深传感器发展历程,分析了温盐深传感器敏感元件的应用现状,在分析海洋测量中温度、电导率和压力敏感元件结构、原理的基础上对比其优缺点,促进温盐深传感器应用,获取更准确的海洋科考、工程活动参数信息。