Sea-Bird 911 plus CTD温盐深探测系统技术手册.doc

Sea-Bird 911 plus CTD温盐深探测系统技术手册东方红2号船实验室2003年7月第一部分 系统简介Sea-Bird 911 plus CTD温盐深探测系统是由美国Sea-Bird公司生产的，目前世界上最先进的海洋水文调查仪器之一。本系统包括水下单元（SBE 9plus）、甲板单元（SBE 11plus）和采水系统（CAROUSEL WATER SAMPLER）三部分。水下单元由铠装电缆与甲板单元相连，并通过装有Sea-Bird公司提供的CTD数据采集软件的计算机，对整套系统进行设置和操作，所采集的数据实时显示在计算机屏幕上，并实时进行纪录。具体技术指标如下：一、水下单元（SBE 9plus）SBE 9plus为Sea-Bird 911 plus CTD系统的水下单元，可与SBE 11plus组成SBE 911plus CTD直读式CTD。也可与SBE 17plus V2 SEARAM组成SBE 917plus CTD自容式CTD。主机采用模块化设计，易于更换及维护。SBE 9plus共提供5路频率输入，压力传感器1路，温度和电导传感器各2路。另外还为附加传感器提供了8路扩展电压信号输入。1、温度传感器此传感器采用压力保护（pressure-protected）高速(high-speed)热敏电阻，电路部分采用Wein bridge oscillator电路。Wein bridge oscillator电路中热敏电阻为感应部分，其余由一个高精度电阻和两个有极性电容，另外还有一个晶振组成。此电路区别与一般电桥的地方就是多了一个晶振。晶振的特性是它会根据不同的输入电压输出不同频率的电信号而且质量好的晶振精度很高。从这个意义上讲它使传感器的精度更高。环境温度变化可引起热敏电阻阻值变化，因此引起电压及晶振输出频率的变化，通过温度、阻值、电压和频率之间的一一对应关系在经过简单的运算即可得出对应的温度值。2、电导传感器电导传感器的原理与温度传感器相同，不同之处就是热敏电阻替换成电解池（Cell resistance）。海水不同的电导率对应Cell resistance相应的电压输出。3、压力传感器压力传感器采用Paroscientific Digiquartz 压力传感器，核心部分可能是一种可将外来压力直接转换为频率信号的晶体，不同于温度和电导传感器是在电路中并联晶振。此传感器较其它传感器有很好工作特性，但价格昂贵。以上三个传感器均提供一路变频信号输出至主机即SEB plus 9 CTD，每个传感器使用两个12位高速并行输出计数器，一个用于累计每一个采样周期晶振产生脉冲的个数，另一个记录采样时间，并将数据传输至甲板单元，甲板单元将此数据转化为晶振原始频率。每个计数器可累计4096个脉冲，最小采样周期为1/24s，因此传感器最大输出频率不得超过F=4096/(1/24)=98304Hz。4、高度传感器发射频率 200kHz发射脉宽 250ms量程 100m最大倾角 14度模拟输出 05VDC数字输出 RS-232，波特率（可选）9600，4800，2400或1200电压 624VDCPSA-916，微处理器控制水下声学设备。它产生一个窄带声波信号，以测得声波从目标物体表面反射回来的传输时间来计算高度，用以探测仪器系统离海地的距离。此高度计再用铝制耐压外壳，最大下放深度6800m。6针接口用于连接电源输入，扩展源输入和模拟信号及RS-232输出。可由内部跳线开关来设置其功能及参数。5、叶绿素传感器该传感器是一种量程可选的光学设备。蓝色LED（Light Emitting Diodes）灯发出的灯光直接透过激发滤光镜或窗口照射在感应空间，在感应空间的叶绿素被蓝光激发从而发出红色荧光。其中一部分透过探测窗口，通过一面透镜将入射光调整为平行光束，几乎是垂直入射短波散射滤镜之后到达聚焦透镜，将光线聚焦在感光器件（photodetector）上，即可将光信息转化为电信号输出。顶部圆盘可阻挡外部光线直接照射到photodetector上。短波散射滤镜可进一步阻挡来自外部的光线。感应空间被光线和传感器内部结构限定在一个大约为340mm3的圆柱体内。该传感器采用可靠而且紧凑的电路设计成功的实现了高精度低功耗。6、溶解氧传感器该传感器是通过测量被测海水中的氧参加的化学反应所产生的电流来计算海水中氧的含量。被测海水由泵的作用流经传感器，传感器将消耗滤膜附近的氧气分子。海水和电极对组成了电池，氧分子透过滤膜发生如下反应： 阳极反应 阴极反应测得电极每秒中通过电子的个数（mA），将电流值转化为电压值输出。该探头是通过消耗滤膜附近的氧气分子而得到数据的，如果传感器中的海水静止不动，那么溶解氧值将一直减小。当水温和传感器温度不同时会产生较大误差。7、浊度传感器Seapoint Turbidity Meter是以测量水中悬浮粒子散射光来测量浊度的传感器。体积小、超低能耗、高精确度、宽量程及6000m的下放深度使得在测量浊度或悬浮粒子浓度方面得到广泛应用。当传感器在水中工作时对外来光反应迟钝并且有非常低的温度系数。该传感器接收距离接收窗5cm的空间的粒子散射光。可以通过改变量程来改变感光性以得到更为准确的数据。传感器光源为880nmLED，硅感光元件（silicon photodiodes）为接收端。光源非常好的与接收端相匹配。叶绿素和浊度传感器同为Seapoint公司产品，在电路设计上同样遵循简洁、紧凑的风格，以达到低功耗高精度的要求。8、PH传感器该传感器使用压力自平衡玻璃电极和Ag/AgCl参考pH探针来提供内部电位测量值。这个可置换pH探针是永久性密封的，并用一个固定清洗瓶以保证在存放及运输过程中探针的湿润。传感器的接口电路是标准部件，自容包的安装、保养及标定都非常简便。感应部分为玻璃Ag/AgCl电极对，海水和电极对组成了一个电池，电池电动势即电极间电压与PH值有如下关系：当电极对在标准缓冲溶液中时，可得A在同一温度下，则可得其中R为气体常数，F为法拉第常数，T为绝对温度K。但这只适合于在甲板上测量，在海水中实时测量时加上温度、压力等修正，得到所测海水的pH值。二、甲板单元（SBE 11plus） SBE 11plus是Sea-Bird 911 plus CTD系统的甲板单元，为水下单元提供电力，编译、压缩水下单元的串行数据流并传输到计算机。通过面板上的按钮和指示灯来控制采水（也可通过软件控制）。8位LED显示原始数据，输出可分为RS-232和IEEE-488协议。SBE 11plus采用8085微处理器，一块256KB的电擦写，可变成直读存储器，除了执行命令和完成应有的功能之外，还可以对水下单元的数据进行初步处理以减轻计算机负担及通讯通道的通畅。一路GPS信号输入，一路PAR信号输入。三、采水系统SBE 32 Carousel Water Sampler 是通用可靠的采水系统。每一个采水器都有各自的磁性扳机控制。当点火装置的微处理器接受到点火命令，它将使指定采水器的扳机动作。用于使磁性扳机动作的能量来于内置电容。当接受到了点火命令，点火装置将在30毫秒内连接电容和被选采水器的磁性扳机，点火确认电路接受到点火信息确认采水器位置，点火（其实就是电容放电吸引磁性扳机）。点火装置通过限流DC/DC转换器可将电容充电至75V，并在2S之内可再次充电。点火装置与CTD是分开供电的。我校这套Sea-Bird 911 plus CTD的采水系统，共配备12个各8升采水瓶。第二部分 Sea-Bird 911 plus CTD操作步骤一、检查仪器联接是否正确。二、确认仪器联接无误后点击屏幕上的快捷方式出现如图1操作窗口。图11、仪器设置图2首先选中下拉菜单configure点击old style instrument configuration出现如图2操作界面，如果Instrument Configration一栏中显示为最新仪器配置文件即可进入下一步操作。如果不是点击Select .con File选择最新仪器配置文件。如图3。图32、采水设置。选中下拉菜单configure点击water sampler configuration 出现图4操作界面。第一栏输入采水器数量12，第二栏选择SBE Carousel，第三栏选择打瓶方式，可根据要求图4选择Sequentil、User Input、Table Driver三种模式。一般采用Sequentil方式。点击Bottle Position for Table Driver出现如图5界面顺序输入数字1到12。然后确定。图53、打开Realtime Data下拉菜单选中Start Aquistion命令，点击出现如图6操作界面如果在图6Instrument configuration栏内显示是最新的仪器配置文件，可进行下一步操作如不是点击Select .CON File命令对话框选择最新的配置文件。然后点击COMM Port configuration对话框检查数据接口是否正确，如图7所示极为正确设置，确认或取消进入下一步操作。如保存数据文件一定选中Store On Dis对话框击如图6所示然后可点击Enter Output Data File Name对话框如图8输入保存文件名。图7图84、数据采集。点击Start Acquire对话框出现如图9操作界面输入调查船名、航次、站号、站位（精度、纬度）、水深等表头信息。检查操作无误后打开甲板单元电源，点击OK对话框击开始工作。图9第三部分 操作人员的职责及注意事项一、室内操作人员的职责：1、指挥绞车操作人员进行绞车操作；2、严格按照仪器使用操作步骤操作，做好操作及观测记录；3、注意采集数据是否正常并确保存档，及时备份；4、密切注意仪器状况，如发现异常，及时采取措施。二、绞车操作人员的职责：1、按室内操作人员的指令操作绞车；2、小心操作，密切注意绞车运行情况，确保仪器正常下降和上升；3、如出现意外情况，要沉着冷静，采取适当措施，必要时停止观测。三、甲板安全人员的职责：1、负责仪器进出甲板安全，避免碰撞；2、密切注意钢缆情况，如钢缆较松时用绳子拉紧钢缆，以避免钢缆打结；3、专人负责绞车舱内绞车的排缆情况，出现异常及时报告绞车操作人员，并与绞车操作人员配合将缆排好；4、仪器入水前检查采水器是否打开，检查钢缆接头有无异样，如有特殊情况及时报告绞车操作人员；5、仪器出水后用淡水冲洗，用