CN101846515A

CN101846515A - 能快速获取海水温深剖面数据的装置

Info

Publication number: CN101846515A
Application number: CN 201010198656
Authority: CN
Inventors: 郝宗杰; 高风波; 李凯
Original assignee: XIAN TIANHE DEFENCE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: XIAN TIANHE DEFENCE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-06-12
Filing date: 2010-06-12
Publication date: 2010-09-29

Abstract

本发明属海洋环境信息监测领域，涉及一种能快速获取海水温深剖面数据的装置。目前的装置存在的产品用料不统一、数据采集实时性差和功能简单的问题。本发明提供的海水温深剖面数据的装置，包括抛弃式探头组合、发射装置、数据采集单元和数据接收显示单元，其中抛弃式探头组合是高精度温度传感器通过一根细长的导线与套筒连接，用于数据传输；发射装置发射装置与套筒之间通过三个触头相连，再通过线缆与数据采集单元相连接，用于上传数据；数据采集单元包括接收数据的探头接口、起信号调理放大作用的传感器调理放大电路、起滤波作用的低通滤波电路、起采集电路校准作用的校准电路、起模拟数字转换作用的AD采集电路、起信号处理作用的DSP电路。

Description

能快速获取海水温深剖面数据的装置

技术领域

本发明属于海洋环境信息监测技术领域，具体涉及一种能快速获取海水温深剖面数据的装置。

背景技术

海洋资源丰富，经济利益和权益保障成为世界各国普遍关注的热点。针对海洋勘探、气象监测、船舶导航、水面乃至水下航行器的任务保障等各方面事业的发展，迫切需要加强对海洋相关区域进行长期、精准、及时的参数测量，进而获得水文、水声等物理环境参数，为各类导航、探测（例如声纳、水下自主航行器）等设备的使用提供技术参数。

获取温深剖面数据可以通过专门的仪器定点测量，也可以使用“抛弃式温深探测系统XBT”来测量，该系统的探头为一次性使用设备，可在船舶走航的条件下使用，可以节省船时。既可在正规海洋调查船上使用，也可在随机商船（志愿船）上使用，具有很高的灵活性，并获得最大的经济效益。由于成本低、使用灵活，可以在诸多海域使用，因此它也是对浮标、潜标、UUV、AUV等水下探测手段的一种重要补充。

现有装置存在以下问题：

（1）产品用料不统一：在产品所定义的技术指标条件下，温度测量和校准采用的方法和电路较复杂，涉及的高精度器件过多，造成调试过程复杂困难。每套产品在调试时使用的器件值需要单独确定，用料不统一，造成生产成本很高，生产效率较低。例如：在探头套筒上有个电阻，用来补偿由于产品各个环节和部件不一致性造成的误差。由于它的存在，使得各个产品的器件均不一致，生产成本增大，一致性也不易提高。

（2）数据采集实时性差：原系统采用的数据采集单元选用的芯片精度过高，造成数据采集实时性较差、整体电路成本过高，生产过程中所需高档仪器仪表过多，加工和生产难度大。

（3）功能简单：不具有数据采集任务管理功能、也没有定位和操作提醒功能。用户操作时随意性大，容易错失时机和任务，造成测量空白和损失。

发明内容

本发明提出了一种能快速获取海水温深剖面数据的装置，以解决现有技术存在的产品用料不统一、数据采集实时性差和功能简单的问题。

为克服现有技术存在的问题，本发明所提供的技术方案是：

一种能快速获取海水温深剖面数据的装置，包括抛弃式探头组合、发射装置、数据采集单元和数据接收显示单元，

A、抛弃式探头组合：包括套筒和高精度温度传感器，高精度温度传感器通过一根细长的导线与套筒连接，用于数据传输；

B、发射装置：包括承载支架、锁紧机构、导线触头及接插器件组成，其中发射装置与套筒之间通过三个触头相连，再通过线缆与数据采集单元相连接，用于上传数据。

C、对传感器信号进行采集和处理的数据采集单元：包括接收数据的探头接口、起信号调理放大作用的传感器调理放大电路、起滤波作用的低通滤波电路、起采集电路校准作用的校准电路、起模拟数字转换作用的AD采集电路、起信号处理作用的DSP电路，所述校准电路与探头接口相接，探头接口还依次接于传感器调理放大电路、低通滤波电路、AD采集电路和DSP电路，探头接口还与DSP电路相接，通信电路将采集处理后的结果发送给数据接收显示单元。

D、数据接收显示单元：包括北斗/GPS和计算机，在系统使用前，由用户将测量任务通过电脑的输入设备输入系统中，系统根据北斗/GPS获得的地理位置信息，为用户提供指示信息，提示进行试验测量；当接收到数据采集单元的数据后，数据接收显示单元经过相关分析处理，绘制出海水温度-深度曲线图，同时进行数据存储和归档。

上述计算机可以是台式或笔记本式电脑。

上述计算机可以是掌上电脑。更方便实用，操作简单。

本发明相对与现有技术，具有如下优点和效果：

（1）产品用料统一：大大提高了生产效率，例如通过数据采集单元上的校准电路来补偿由于产品各个环节和部件不一致性造成的误差，使得电阻的阻值完全可以固定，并允许有一定的误差范围。大大简化了生产过程。通过该方法解决了产品用料不统一的问题。

（2）数据采集实时性好：发明中提出的数据采集单元在设计中采用了高速运算放大器器件和16位AD，这些措施在保障精度的前提下提高了数据采集实时性。

（3）功能完善：系统增加了北斗/GPS地理信息定位功能和任务管理功能，使操作者可以很方便地在操作前做好准备，使用后便于检查确认。数据接收显示终端选用掌上电脑，可以更好地满足海上作业的环境要求。

附图说明

图1本发明的整体连接示意图；

图2数据采集单元框图；

图3数据接收显示单元框图；

图4传感器调理放大电路图；

图5 AD采集电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细地说明：

一种能快速获取海水温深剖面数据的装置，包括抛弃式探头组合、发射装置、数据采集单元和数据接收显示单元四大部分：

(1)抛弃式探头组合：参见图1，本部分为公知技术。一般都包括套筒和高精度温度传感器，高精度温度传感器与套筒之间通过一根细长的导线相连，用于数据传输。

在本发明中，通过数据采集单元上的校准电路来完成上电自检和校准功能，使得该电阻的阻值完全可以固定，并允许有一定的误差范围，大大简化了生产过程。通过该方法解决了产品用料不统一的问题。

在本发明中，采用稳定性好、环境适应性强的设计思路，优选精度适中且满足要求的器件，一方面解决原材料器件成本问题，另一方面解决生产过程中的调试问题，不需要每套产品单独调试，而是通过自校准方式解决精度问题。所有产品可通用一套器件值。极大地提高了生产效率和成本。

(2)发射装置：参见图1，本部分为公知技术，主要由承载支架、锁紧机构、导线触头及接插器件组成。其中发射装置与套筒之间通过三个触头相连，再通过线缆与数据采集单元相连接，用于上传数据。

(3)数据采集单元：对传感器信号进行采集和处理的数据采集单元：包括接收数据的探头接口、起信号调理放大作用的传感器调理放大电路、起滤波作用的低通滤波电路、起采集电路校准作用的校准电路、起模拟数字转换作用的AD采集电路、起信号处理作用的DSP电路，所述校准电路与探头接口相接，探头接口还依次接于传感器调理放大电路、低通滤波电路、AD采集电路和DSP电路，探头接口还与DSP电路相接，通信电路将采集处理后的结果发送给数据接收显示单元。

参见图2，本发明设计了其中的传感器调理电路和AD采集电路，其它的电路采用常见的电路即可。

①如图4所示，传感器调理电路由4个运算放大器和一些电阻组成。其中R₁=R₆=R组成电桥的两个臂，电阻R₁₆、电阻R₁₇、电阻R₁₈和电阻R₂₀组成电桥的一个臂，电阻R₁₆、电阻R₁₇和电阻R₁₉组成电桥的第四个臂。

工作原理是在设计中有三个电阻的变化量，分别为：两根漆包导线、海水电阻。海水的温度变化会导致漆包线电阻的变化。必须消除这个变化对温度测量的影响。我们采取的措施是：（1）把两根漆包导线放在一个封装之内，以使其所处的温度环境是一样的，也就是其电阻的变化量是一样，这样就可以互补；（2）采用桥测量电路，抵消掉两根漆包线的电阻变化，使其电阻变化不影响热敏电阻的电阻变化。海水的电阻也是会改变的，随着温度的改变其变化量从20―50欧姆（但是海水电阻跟海水的深度没有关系）。我们在设计后端调理放大电路时必须使这三个变化量不影响热敏电阻的电阻变化量，即使的调理放大电路的输出电压只与热敏电阻的电阻值有关。

设参考源提供的电压为2E_r，运算放大器A2的放大倍数为2，2点的电压为E₂=IR₁₇+IR₁₉+IR₁₆，则A2的输出电压为2E₂；选择合适的电阻值R₂和R₃使1点的电压为E₁=IR₁₇+IR₁₈+IR₁₆+IR₂₀=E_r+E₂，即IR₂₀=E_r；3点的电压E₃=E_r+E₂+IR；选择合适的阻值使4点的电压E₄=E₂+IR；选择合适的阻值使E_o=IR-E_r。这样调理放大电路的输出为E_o=IR-E_r=IR-IR₂₀，输出与电阻R₁₆、电阻R₁₇、电阻R₁₈和电阻R₁₉无关，只与热敏电阻的电阻R₂₀有关。

②如图5所示，AD采集电路由AD转换芯片，参考时钟，外部的电阻电容组成。其中，参考晶体提供的参考时钟经过一个非门后为AD转换芯片提供主参考时钟。AD转换芯片外部的电容用来为旁路各路电源中的高频杂波。AD转换芯片的数据输出接口和控制接口接到DSP芯片。A/D的采样速率为50KHz。

(4)参见图3，数据接收显示单元包括北斗/GPS，计算机(台式、笔记本式或掌上电脑式)，推荐使用掌上电脑。在系统使用前，由用户将测量任务通过电脑的输入设备输入系统中。操作过程中，系统根据获得的地理位置信息，为用户提供指示信息，提示进行试验测量。当接收到数据采集单元的数据后，数据接收显示单元经过相关分析处理，绘制出海水温度-深度曲线图，同时进行数据存储和归档。通过以上方法，解决了数据采集任务管理、定位和操作提醒的技术需求。

数据接收显示单元是整个系统的用户界面，由一部工业级掌上电脑构成，为了防水，可选用美国Trimble公司的掌上电脑产品，它可以配备GPS模块，也可通过串口配备北斗定位单元。采用触摸屏，能够进行数据的存储处理和综合显示及管理功能。该掌上电脑具有串口、网口，能够满足防潮、防震等环境方面的要求。采用锂电池供电，连续工作时间高于3小时。具有闪存保护模式，防止数据意外丢失。该单元中设计任务输入功能和提示报警功能。当操作人员出航前，可以通过用户界面输入需要测量的各个位置的经纬度信息，当航行到距离测量点一定距离范围内时，电脑发出声音信息，报警提示操作。

Claims

1.一种能快速获取海水温深剖面数据的装置，包括抛弃式探头组合、发射装置、数据采集单元和数据接收显示单元，

B、发射装置：包括承载支架、锁紧机构、导线触头及接插器件组成，其中发射装置与套筒之间通过三个触头相连，再通过线缆与数据采集单元相连接，用于上传数据；

C、对传感器信号进行采集和处理的数据采集单元：包括接收数据的探头接口、起信号调理放大作用的传感器调理放大电路、起滤波作用的低通滤波电路、起采集电路校准作用的校准电路、起模拟数字转换作用的AD采集电路、起信号处理作用的DSP电路，所述校准电路与探头接口相接，探头接口还依次接于传感器调理放大电路、低通滤波电路、AD采集电路和DSP电路，探头接口还与DSP电路相接，通信电路将采集处理后的结果发送给数据接收显示单元；

2.根据权利要求1所述的能快速获取海水温深剖面数据的装置，其特征在于：所述计算机可以是台式或笔记本式电脑。

3.根据权利要求1所述的能快速获取海水温深剖面数据的装置，其特征在于：所述计算机可以是掌上电脑。