定点垂直升降剖面测量系统.docx

1、第23卷增刊数 据 采 集 与 处 理Vol. 23 No. S2008 年 9 月Journal of Data Acquisition & ProcessingSep. 2008文章编号：1004-9037(2008)增刊-0205-03定点垂直升降剖面测量系统徐良波朱旭郭文生(中船重工第710研究所，宜昌,443003)摘要：介绍了定点垂直升降剖面测量系统的设计与实现。诙系统测量平台可搭载盐温深测量仪(CTD)、海流计等 多种传感器，沿系留钢索上下移动，进行割面数据的循环采集，并将测量结果记录下来。关键词：剖面；测量系统；盐温深测量仪；海流计中图分类号:TN911文献标识玛：AV

2、ertical Lift Section Measuring System at Fixed PointXu Liangboy Zhu Xu, Guo Wensheng(710 Institute, CSIC, Yichang, 443003, China)Abstract： The design and the implementation of the vertical lift section measuring system at the fixed point are introduced. The measuring platform carries many sensors (C

3、TD, ocean current meter and so on), moves up and down along the mooring rope. During the course of movement the measuring system surveys and records all kinds of oceanic environment data of a vertical section.Key words: section； measuring system； salinity-temperature-deepness (CTD) ； ocean currentme

4、ter基金项目广十一五”863重大专题课题(2OO6AAO9A3O8)资助顼目。 收稿日期：2008-04-30；修订日期：2008-07-10引 言对于深远海区的海洋监测而言，获取温、盐、深 和海流等动力参数是开展海洋开发研究与军事海洋 学研究的重要基础。海洋环境监测和资源调查中, 经常需要对海洋动力环境进行长期、定点、实时、立 体监测，即进行海洋水体中不同剖面参数(如温度、 盐度、流速和光学特性量)的测量，希望在恶劣环境 下实现无人值守的全天候长期连续定点观测。这就 要求携带传感器的测量平台能够在所测量的深度范 围内不停地做往复循环运动。定点垂直升降测量 系统采用浮力调节方式控制平台升降，

5、结构简单动 作可靠、功耗低,很好地克服了因长期工作而导致海 水腐蚀及微生物附着使系统升降困难的难题。1系统硬件电路设计定点垂直升降剖面测量系统如图1所示，该系 统是一种具备自动升降功能的锚系剖面观测系统,测量平台可沿系留钢索任意移动、进行剖面数据的 循环采集。升降测量平台可搭载CTD、海流计等多 种传感器，观测数据由大容量FLASH记录，采用 浮力调节方式控制平台升降，结构简单动作可靠、功耗低，可以克服因长期工作而导致海水腐蚀及微 生物附着使系统升降困难的难题。定点垂直升降剖面测量系统框图如图2所示, 主要有单片机系统、A/D采集电路4、 FlashRAMJ/O接口电路、油泵控制模块、隔离电

6、路、通讯接口电路、时钟电路、稳压模块、深度传感 器和电池组等部分组成。下面主要对海洋设备、浮 力调节装置、大容量Flash等几个方面进行介绍。图2定点垂直升降剖面测量系统框图LI CTD和海流计测量海洋内波主要通过测量海水的温度、盐 度、流速、流向等各种物理性质的时间序列和空间 序列，CTD和海流计就是用来测量以上参数的传 感器设备。文中CTD 选用 Falmouth Scientific Inc 公司的专门为Arg。浮标设计的CTD：Xr620 CTD。该传感器供电电压为1113 V,采样率为 6 Hz时，功耗252 mAh/d；电导率传感器测量范围: 070 mS/cm,精度：土0.005

7、 mS/cm；温度传感 器测量范围：一232C,精度：士0.005 C;压力 07 MPa,精度:±0. 03%FS。海流计选用Nobska 公司的MAVS-3声学海流计，供电电压为1215 V, MAVS-3是一种采用时间差分测量技术的3轴 声学多参数测流计。测流计的4个声学探头提供平 均流速向量值。可编程的分段记录和触发记录模式 使测流计具有很大的灵活性。由于探头的几何尺寸 小并应用了时间差分测量技术，MAVS-3的分辨 率及精度均是其他测流仪无法比拟的。因此，无论 是在2 m/s或10 cm/s的量程中均能保持0.03 cm/ s的分辨率，精度达到0.3 cm/s0此外，仪器还

8、能 提供温度、电导、深度等参数，工作深度可达6 000 mo1-2大容量FLASH接口电路存储电路由于系统连续工作时间长达一年，测量数据存 储容量较大，按每天工作4个剖面、采样频率1次/ m,200 B的测量数据计算，一年数据存储容量大于 817 MB,因此系统选用一个大容量Flash存储器 K9K8GO8UOA,该芯片容量为1 GB,地址、数据、命 令统一通过数据线输入,硬件接口简单，使用方便。 大容量FLASH接口电路如图3所示。图3大容量FLASH接口电路13浮力调节装置系统通过向油囊内充油或排油来改变油囊体 积大小，从而改变系统的浮力，实现漂浮平台和测 试平台的升降。液压系统回路如图4

9、所示，系统主 要由电机、液压泵、电磁换向阀、油囊和油箱组成。油囊充油过程：电机刚启动时，电磁换向阀7 上电换向处于左位，液压泵通过换向阀左位与油箱 连通，实现启动载荷。然后电磁换向阀7断电切换 至右位，同时电磁换向阀8上电切换至左位，液压 泵通过换向阀8左位与油囊接通，此时电磁换向阀 3断电处于左位，将油囊与油箱的回油路截止。系 统开始工作，液压泵输出一定压力和流量的液压 油，在克服海水压力的情况下，将油箱中的液压油1-油囊；2-节流阀；3-电磁换向阀；4-电机；5泵,6-油箱;7,8-电磁换向阀图4液压系统回路图压入油囊中，直到油囊体积增加到设定值。此时电 磁换向阀8断电切换至右位，液压泵停

10、止工作。油囊排油工作过程：电磁换向阀3上电切换到 右位，油囊通过节流阀、电磁换向阀3右位与油箱 接通，由外部海水的压力使液压油通过电磁换向阀 3,以节流阀所设定的最大流量刘回油箱。此时，液 压泵不启动，液压泵出口压力低于油囊内压力，由 于单向阀的作用，油囊与液压泵不相通。2系统软件设计系统软件流程如图5所示。布放到达设定的水 深后，系统上电工作，进入工作流程。控制系统控制图5定点垂直升降剖面测量系统软件框图液压机构减小浮力，测量平台开始下降，在下降过 程中，控制系统控制海洋设备测量海洋剖面参数并 将数据记录到大容量FLASH中，测量平台到达设 定海水深度后，控制系统控制液压系统工作，增加 浮力

11、直到系统上浮。在上浮过程中，控制系统控制 海洋设备测量海洋剖面参数并将数据记录到大容 量FLASH中，如此往复循环直到测量结束。3结束语随着科学技术的提高，海洋开发、海洋利用以 及海洋调查越来越得到世界各国的重视。海洋钻井 平台及其他海洋工程每年都在大批量地建造，而海 洋开发和海洋工程的发展，都需要海洋调查和海洋 监测的支持。定点垂直升降剖面测量系统为海洋立 体监测提供一种高效、经济、安全、隐蔽的测量方 法，在我国海洋科学研究、国防建设和海洋勘探等 领域具有良好的应用前景，并将为我国海洋监测技 术的发展起到积极的作用。参考文献：1 赵进平.发展海洋监测技术的发展与思考M.北京： 海洋出版社,2

12、001.2 Berteaux H O. Buoy engineering CM. USA： John Wiley & Sons, Inc, 1976.3 High-performance, Low-power AVR ®8-bit Microcontroller Datasheet Atmel Corporation 2003 EB/ OL. http ； /www atmel. com, 2003.4 16-Bit, 1 MSPS CMOS ADC AD7671 datasheet, analog devices, Inc EB/OLj. http:/www. analog, com, 2003.5 EXCELL 2" Low power CTO operation manual version 1. 5 firmware version 2. 0 falmouth scientific* INC EB/OL. http：/www. falmouth. com,2005.6 MAVS-3 operations manual version 4 6 nobska development corporation EB/OL .2006-02-11 http