专利名称：直读式6000米温盐深剖面仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及海洋测量仪器装置，特别是涉及深海测量海水温度和盐度(电导 率)随深度变化的仪器装置。
背景技术：
海水的温度和盐度(电导率)是最基本的海洋水文参数。监测海中不同深度(D)的 海水温度(T)和盐度(电导率C)的状况，具有广泛的科研和应用价值。海水温度和盐度的深 度变化资料在减灾预报上可以作为海洋环境数值预报和灾害性�？鲆２獾幕臼葑柿希� 在军事上可以用于声纳作用距离预报和舰艇航海保障的海洋环境基本实测数据，在海水养 殖中可以用于预报海水环境变化规律和控制生物最佳养殖环境等。目前，海水温度和盐度的剖面测量以船载投放式CTTKConductivity Temperature Depth)剖面测量仪为主，在预定站位，由调查船的钢缆绞车将仪器吊放在海水中，并以均勻 稳定的速度下放，利用温度(T)、电导率(C)、压力(D)传感器，完成不同深度点的温度和盐 度(电导率)的测量。测量仪器大多采用自容式方式，测量数据存储在水下的存储器内，待测 量仪器回收到测量船甲板上后，再将数据回放到计算机中，以显示和存储测量到的海水剖 面温盐数据。温盐测量传感器链也用于进行海下温盐数据测量。温盐测量传感器链是垂直吊放 于浮标下的链状测量装置，由一根拉力主电缆悬挂多组CTD传感器构成，可以在海中长时 间工作，实现对海洋垂直剖面上不同深度多层温盐的长时间同步监测，测量数据可以由浮 标系统通过卫星传输到地面站。但是，上述自容式CTD剖面仪和温盐测量传感器链用于深海测量都存在一定的问 题。所述深海测量是指6000米及其以深海域水下海洋要素的测量，从海表面到6000米及 其以深海洋剖面温度盐度的变化规律，对于海洋剖面大深度科学研究非常重要。温盐测量传感器链有长达数百米的拉力电缆及其悬挂的多组CTD传感器构成，存 在运输、安全、测试、维修的诸多不便，而且海上布放作业也比较麻烦。同时，由于吊挂电缆 及布放的限制，温盐测量传感器链多用于海表面至500米水深，深海测量存在着不可逾越 的困难。自容式CTD剖面仪的工作方式，要求仪器可靠性非常高，仪器在下放过程中无法 知道是否工作正常，只有待仪器回收后回放数据才能知道，一旦在测量过程中出现故障或 异常，则剖面测量就无数据。自容式CTD剖面仪的工作方式，不能及时阻止无效的测量，易 造成船时、人力的浪费。
发明内容针对现有技术的深海温盐测量仪器装置存在的问题，本实用新型推出直读式6000 米温盐深剖面仪，其水下测量传感器、数据采集控制器与水上显示处理终端由绞车电缆连 接，在绞车以均勻稳定的速度将水下测量传感器下放至深海过程中，实时进行海水温度、盐度随深度变化的剖面测量。本实用新型所涉及的直读式6000米温盐深剖面仪由水上装置和水下装置组成。 水上装置为甲板单元，放置在船甲板上实验室内；水下装置为水下单元，安装在能置于水下 的外护架内。水上装置和水下装置由船用绞车单芯铠装电缆连接，可按照预先设定的测量 深度，由绞车将置于外护架内的水下装置慢慢下放至海水中，由水下装置的测量传感器进 行海水温盐剖面测量。水上装置用于测量数据的接收、显示，包括电源、调制解调电路、信号接收与发射 传送电路以及安装用户软件的计算机。电源、调制解调电路、信号接收与发射传送电路全部 安装在长方形非金属材料机箱中，机箱设有接口、开关、指示灯等。 水下装置置于外护架内，包括水下测量仪、电磁式多瓶采水器。外护架由圆柱形上 部外护架和圆台形下部外护架构成，上部外护架和下部外护架通过U型连接卡连接成一个 整体。水下测量仪置于圆台形下部外护架内，包括直读式剖面仪水下机、自容式CTD剖面仪 和高度计。电磁式多瓶采水器置于圆柱形上部外护架内。直读式剖面仪水下机安装在长方形安装架上，并通过安装连接块固定在圆台形下 部外护架内。直读式剖面仪水下机包括数据采集控制器、分离式传感器和潜水泵，数据采集 控制器通过水密耐压电缆分别与分离式传感器、潜水泵、电磁式多瓶采水器连接，同时通过 船用单芯铠装电缆与水上装置的终端计算机连接。数据采集控制器包括有信号采集控制电路、调制解调电路、信号接收与发射传送 电路，设置在数据采集控制器的水密耐压密封舱内。分离式传感器包括温度传感器、电导率传感器和压力传感器，通过传感器安装架 固定在水下机安装架上。分离式传感器的每个传感器都包括测量探头、控制转换电路和水 密耐压密封舱。测量探头设置在密封舱端头，控制转换电路安装在密封舱内，控制转换电路 与数据采集控制器的信号采集控制电路连接。温度传感器和电导率传感器的响应时间不 同，测量探头通过TC连接管连接后再与潜水泵进水口连接。潜水泵固定安装在数据采集控制器密封舱外部，通过水密耐压电缆与数据采集控 制器连接。潜水泵进水口与电导率传感器测量探头的电导池一端口连接，电导池另一端口 通过TC连接管与温度传感器测量探头连接。潜水泵抽取的海水，先流过温度传感器测量探 头，再通过TC连接管后流过电导率传感器的电导池，保障两个不同响应时间的传感器能够 同时间测量相同点的海水。数据采集控制器密封舱两端盖上均带有水密耐压电缆插座，通过深海水密耐压电 缆，一侧分别与分离式温度传感器、电导率传感器、压力传感器以及潜水泵连接，另一侧分 别与电磁式多瓶采水器、水下装置下部外护架内的高度计以及船用绞车单芯铠装电缆相连接。高度计为回声测深仪，固定在下部外护架的底部，通过深海水密耐压电缆与数据 采集控制器连接。高度计向海底发射声波并接收其反射波，可及时探测水下装置与海底的 垂直距离，探测数据实时传送至水上装置，以避免水下装置在海中下放时触碰海底。自容式CTD剖面仪设置在水下装置下部外护架内的长方形安装架上，并通过安装 连接块固定在圆台形下部外护架内。自容式CTD剖面仪具有与直读式剖面仪水下机的分 离式传感器相同的温度传感器、电导率传感器和压力传感器。每个传感器的控制转换电路分别与直读式剖面仪水下机的数据采集控制器内的数据存储器连接。自容式CTD剖面仪的 安装架与直读式剖面仪水下机的安装架结构相同，在水下装置下部外护架内的设置高度相 同，从而使相同的传感器测量探头位于同一个水平面上，以便测量同一水层海水温度和电 导率数据。自容式CTD剖面仪以自容状态工作，在测量工作完成水下装置收回甲板后回放 存储的测量数据，并与直读式剖面仪水下机传输至水上的测量数据进行比较。电磁式多瓶采水器设置在水下装置的圆柱形上部外护架内，包括采水瓶和释放机 构，释放机构的控制程序电路置于上部外护架中部的密封舱内。12个采水瓶沿上部外护 架中部的安装圆盘圆周排列，每个采水瓶的球阀盖通过短绳连接释放机构中相对应的释放 钩，每个释放钩对应的电磁阀与释放机构的控制程序电路连接。采水器释放机构的控制程 序电路通过水密耐压电缆与数据采集控制器连接。当电磁阀在控制程序电路控制下充电 后，吸附相对应的释放钩来释放采水瓶的球阀盖，采水瓶的球阀盖由开启变为封闭，从而使 采水瓶内获得所设定深度海水层的水样。本实用新型所涉及的直读式6000米温盐深剖面仪应用时，其水下装置由电缆绞 车以1米/秒左右的速度下放至海中，下放过程中传感器实时进行剖面的海洋温盐参数测 量，并在规定的深度实时采水。剖面仪的控制在用户采集程序的指挥下完成，包括电源开 关、采集器输出信号的接收和存储、采水器的采水以及深海下放避碰海底等。水下装置测量传感器获得的海洋环境参数通过船用绞车单芯铠装电缆传送到水 上装置的终端计算机，实时进行海水温度、盐度随深度变化剖面数据的显示、记录，并进行 存储。水下装置回收到船上后，采水器12个采水瓶所采集的12个不同深度水层的水样可 为海水化学分析提供样品。同时，自容式CTD剖面仪所测量和存储的海洋环境数据回放后， 可与直读式剖面资料进行比较，为获取数据的真实性提供依据。针对现有技术的深海温盐测量仪器装置存在的问题，本实用新型推出直读式6000 米温盐深剖面仪，其水下测量传感器、数据采集控制器与水上显示处理终端由绞车电缆连 接，在绞车以均勻稳定的速度将水下测量传感器下放至深海过程中，实时进行海水温度、盐 度随深度变化的剖面测量。本实用新型所涉及的直读式6000米温盐深剖面仪由水上装置和水下装置组成。 水上装置为甲板单元，放置在船甲板上实验室内；水下装置为水下单元，安装在能置于水下 的外护架内。水上装置和水下装置由船用绞车单芯铠装电缆连接，可按照预先设定的测量 深度，由绞车将置于外护架内的水下装置慢慢下放至海水中，由水下装置的测量传感器进 行海水温盐剖面测量。水上装置用于测量数据的接收、显示，包括电源、调制解调电路、信号接收与发射 传送电路以及安装用户软件的计算机。电源、调制解调电路、信号接收与发射传送电路全部 安装在长方形非金属材料机箱中，机箱设有接口、开关、指示灯等。水下装置置于外护架内，包括水下测量仪、电磁式多瓶采水器。外护架由圆柱形上 部外护架和圆台形下部外护架构成，上部外护架和下部外护架通过U型连接卡连接成一个 整体。水下测量仪置于圆台形下部外护架内，包括直读式剖面仪水下机、自容式CTD剖面仪 和高度计。电磁式多瓶采水器置于圆柱形上部外护架内。直读式剖面仪水下机安装在长方形安装架上，并通过安装连接块固定在圆台形下 部外护架内。直读式剖面仪水下机包括数据采集控制器、分离式传感器和潜水泵，数据采集控制器通过水密耐压电缆分别与分离式传感器、潜水泵、电磁式多瓶采水器连接，同时通过 船用单芯铠装电缆与水上装置的终端计算机连接。数据采集控制器包括有信号采集控制电路、调制解调电路、信号接收与发射传送 电路，设置在数据采集控制器的水密耐压密封舱内。分离式传感器包括温度传感器、电导率传感器和压力传感器，通过传感器安装架 固定在水下机安装架上。分离式传感器的每个传感器都包括测量探头、控制转换电路和水 密耐压密封舱。测量探头设置在密封舱端头，控制转换电路安装在密封舱内，控制转换电路 与数据采集控制器的信号采集控制电路连接。温度传感器和电导率传感器的响应时间不 同，测量探头通过TC连接管连接后再与潜水泵进水口连接。潜水泵固定安装在数据采集控制器密封舱外部，通过水密耐压电缆与数据采集控 制器连接。潜水泵进水口与电导率传感器测量探头的电导池一端口连接，电导池另一端口 通过TC连接管与温度传感器测量探头连接。潜水泵抽取的海水，先流过温度传感器测量探 头，再通过TC连接管后流过电导率传感器的电导池，保障两个不同响应时间的传感器能够 同时间测量相同点的海水。数据采集控制器密封舱两端盖上均带有水密耐压电缆插座，通过深海水密耐压电 缆，一侧分别与分离式温度传感器、电导率传感器、压力传感器以及潜水泵连接，另一侧分 别与电磁式多瓶采水器、水下装置下部外护架内的高度计以及船用绞车单芯铠装电缆相连接。高度计为回声测深仪，固定在下部外护架的底部，通过深海水密耐压电缆与数据 采集控制器连接。高度计向海底发射声波并接收其反射波，可及时探测水下装置与海底的 垂直距离，探测数据实时传送至水上装置，以避免水下装置在海中下放时触碰海底。自容式CTD剖面仪设置在水下装置下部外护架内的长方形安装架上，并通过安装 连接块固定在圆台形下部外护架内。自容式CTD剖面仪具有与直读式剖面仪水下机的分 离式传感器相同的温度传感器、电导率传感器和压力传感器。每个传感器的控制转换电路 分别与直读式剖面仪水下机的数据采集控制器内的数据存储器连接。自容式CTD剖面仪的 安装架与直读式剖面仪水下机的安装架结构相同，在水下装置下部外护架内的设置高度相 同，从而使相同的传感器测量探头位于同一个水平面上，以便测量同一水层海水温度和电 导率数据。自容式CTD剖面仪以自容状态工作，在测量工作完成水下装置收回甲板后回放 存储的测量数据，并与直读式剖面仪水下机传输至水上的测量数据进行比较。电磁式多瓶采水器设置在水下装置的圆柱形上部外护架内，包括采水瓶和释放机 构，释放机构的控制程序电路置于上部外护架中部的密封舱内。12个采水瓶沿上部外护 架中部的安装圆盘圆周排列，每个采水瓶的球阀盖通过短绳连接释放机构中相对应的释放 钩，每个释放钩对应的电磁阀与释放机构的控制程序电路连接。采水器释放机构的控制程 序电路通过水密耐压电缆与数据采集控制器连接。当电磁阀在控制程序电路控制下充电 后，吸附相对应的释放钩来释放采水瓶的球阀盖，采水瓶的球阀盖由开启变为封闭，从而使 采水瓶内获得所设定深度海水层的水样。本实用新型所涉及的直读式6000米温盐深剖面仪应用时，其水下装置由电缆绞 车以1米/秒左右的速度下放至海中，下放过程中传感器实时进行剖面的海洋温盐参数测 量，并在规定的深度实时采水。剖面仪的控制在用户采集程序的指挥下完成，包括电源开关、采集器输出信号的接收和存储、采水器的采水以及深海下放避碰海底等。水下装置测量传感器获得的海洋环境参数通过船用绞车单芯铠装电缆传送到水 上装置的终端计算机，实时进行海水温度、盐度随深度变化剖面数据的显示、记录，并进行 存储。水下装置回收到船上后，采水器12个采水瓶所采集的12个不同深度水层的水样可 为海水化学分析提供样品。同时，自容式CTD剖面仪所测量和存储的海洋环境数据回放后， 可与直读式剖面资料进行比较，为获取数据的真实性提供依据。
图1为直读式6000米温盐深剖面仪结构示意图。图2为图1中水下装置的结构示意图。图中标记说明1 一水上装置3—水上机机箱5—电磁式多瓶采水器7—水下测量仪9一数据采集控制器11 一下部外护架13—高度计15—压力传感器安装架17—压力传感器19 一电导率传感器21—TC 连接管23—自容式剖面仪安装架25 — U型连接卡。
具体实施方式
现结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。图1显示直读式6000米温 盐深剖面仪的基本结构；图2显示图1中水下装置的基本结构。如图所示，本实用新型所涉及的直读式6000米温盐深剖面仪由水上装置1和水下 装置2组成，水上装置1和水下装置2由船用绞车单芯铠装电缆4连接。水上装置1的部件安装在长方形非金属材料机箱3中，机箱设有接口、开关、指示灯等。水下装置2置于外护架内，包括水下测量仪7、电磁式多瓶采水器5。外护架由圆 柱形上部外护架6和圆台形下部外护架11构成，上部外护架6和下部外护架11通过六套 U型连接卡25连接成一个整体。水下测量仪7包括直读式剖面仪水下机14、自容式CTD剖面仪M和高度计13。电 磁式多瓶采水器5置于圆柱形上部外护架6内，直读式剖面仪水下机14、自容式CTD剖面 仪M和高度计13置于圆台形下部外护架11内。直读式剖面仪水下机14集中安装在长方形水下机安装架16上，并通过四套安装
2—-水下装置4—-船用绞车单芯铠装电缆6—-上部外护架δ--潜水泵ι Ο-一水密耐压电缆ι 2-一高度计安装架14-一直读式剖面仪水下机16--水下机安装架18--安装连接块20--温度传感器22一温度电导率传感器安装架24-一自容式CTD剖面仪连接块18固定在圆台形下部外护架11内。直读式剖面仪水下机14包括数据采集控制器 9、分离式传感器和潜水泵8，数据采集控制器9通过水密耐压电缆分别与分离式传感器、潜 水泵8、电磁式多瓶采水器5连接，同时通过船用单芯铠装电缆4与水上装置的计算机连接。分离式传感器包括温度传感器20、电导率传感器19和压力传感器17。温度传感 器20和电导率传感器19安装在温度电导率传感器安装架22上，压力传感器17安装在压 力传感器安装架15上，温度电导率传感器安装架22和压力传感器安装架15分别固定在水 下机安装架16上。分离式传感器的每个传感器都包括测量探头、控制转换电路和水密耐压密封舱。 测量探头设置在密封舱端头，控制转换电路安装在密封舱内，控制转换电路与数据采集控 制器的信号采集控制电路连接。温度传感器和电导率传感器的响应时间不同，测量探头通 过TC连接管20连接后再与潜水泵8进水口连接。潜水泵8固定安装在数据采集控制器9密封舱外部，通过水密耐压电缆10与数据 采集控制器9连接。潜水泵8进水口与电导率传感器测量探头的电导池一端口连接，电导 池另一端口通过TC连接管21与温度传感器测量探头连接。高度计13为回声测深仪，固定在下部外护架11的底部，通过深海水密耐压电缆与 数据采集控制器9连接。自容式CTD剖面仪M设置在水下装置下部外护架11内的长方形自容式剖面仪安 装架23上，并通过安装连接块18固定在圆台形下部外护架11内。自容式CTD剖面仪M 具有与直读式剖面仪水下机的分离式传感器相同的温度传感器、电导率传感器和压力传感 器。自容式CTD剖面仪的安装架23与直读式剖面仪水下机的安装架16结构相同，在水下 装置下部外护架内的设置高度相同。电磁式多瓶采水器5设置在水下装置2的圆柱形上部外护架6内，包括采水瓶和 释放机构，释放机构的控制程序电路置于上部外护架6中部的密封舱内。12个采水瓶沿上 部外护架6中部的安装圆盘圆周排列，每个采水瓶的球阀盖通过短绳连接释放机构中相对 应的释放钩，每个释放钩对应的电磁阀与释放机构的控制程序电路连接。
权利要求1.一种直读式6000米温盐深剖面仪，由水上装置(1)和水下装置(2)组成，水上装置(I)为甲板单元，放置在船甲板上的实验室内，水下装置(2)为水下单元，其特征在于水上 装置(1)和水下装置(2)由船用绞车单芯铠装电缆(4)连接；水下装置(2)安装在能置于水 下的外护架内，包括水下测量仪(7)、电磁式多瓶采水器(5);水下测量仪(7)包括直读式剖 面仪水下机(14)、自容式CTD剖面仪(24)和高度计(13);直读式剖面仪水下机(14)包括数 据采集控制器(9)、分离式传感器和潜水泵(8)，数据采集控制器(9)与分离式传感器、潜水 泵(8 )、电磁式多瓶采水器(5 )以及水上装置的终端计算机连接。
2.根据权利要求1所述的直读式6000米温盐深剖面仪，其特征在于水下装置的外护 架由圆柱形上部外护架(6)和圆台形下部外护架(11)构成，上部外护架(6)和下部外护架(II)通过6套U型连接卡(25)连接成一个整体；电磁式多瓶采水器(5 )置于圆柱形上部外 护架(6)内，直读式剖面仪水下机(14)、自容式CTD剖面仪(24)和高度计(13)置于圆台形 下部外护架(11)内。
3.根据权利要求2所述的直读式6000米温盐深剖面仪，其特征在于，直读式剖面仪水 下机(14)集中安装在长方形水下机安装架(16)中，并通过4套安装连接块(18)固定在圆 台形下部外护架(11)内；潜水泵(8 )固定安装在数据采集控制器(9 )密封舱外部，数据采集 控制器(9)通过水密耐压电缆分别与潜水泵(8)、分离式传感器、电磁式多瓶采水器(5)连 接，同时通过船用单芯铠装电缆(4)与水上装置的终端计算机连接。
4.根据权利要求3所述的直读式6000米温盐深剖面仪，其特征在于，分离式传感器包 括温度传感器(20)、电导率传感器(19)和压力传感器(17)，温度传感器(19)和电导率传 感器(17)安装在温度电导率传感器安装架(22)上，压力传感器(17)安装在压力传感器安 装架(15)上，温度电导率传感器安装架(22)和压力传感器安装架(15)分别固定安装在水 下机安装架(16)上；分离式传感器的每个传感器包括测量探头、控制转换电路、密封舱，测 量探头安装在各自的密封舱端头上，控制转换电路安装在密封舱内，控制转换电路通过水 密耐压电缆(10 )与数据采集控制器(9 )的信号采集控制电路连接；潜水泵(8 )进水口与电 导率传感器测量探头的电导池一端口连接，电导池另一端口通过TC连接管(21)与温度传 感器测量探头连接。
5.根据权利要求2所述的直读式6000米温盐深剖面仪，其特征在于，高度计(13)为回 声测深仪，固定在下部外护架(11)的底部，通过深海水密耐压电缆(10)与直读式剖面仪水 下机(14)的数据采集控制器(9)连接。
6.根据权利要求2所述的直读式6000米温盐深剖面仪，其特征在于，自容式CTD剖面 仪(24)设置在水下装置下部外护架(11)内的长方形自容式剖面仪安装架(23)上，并通过 安装连接块(18)固定在圆台形下部外护架(11)内；自容式CTD剖面仪(24)具有与直读式 剖面仪水下机(14)的分离式传感器相同的温度传感器、电导率传感器和压力传感器；自容 式CTD剖面仪(24)的安装架(23)与直读式剖面仪水下机的安装架(16)结构相同，在水下 装置下部外护架(11)内的设置高度相同。
7.根据权利要求2所述的直读式6000米温盐深剖面仪，其特征在于，所述电磁式多瓶 采水器(5)设置在水下装置的圆柱形上部外护架(6)内，包括12个采水瓶和释放机构，12 个采水瓶沿上部外护架(6)中部的安装圆盘圆周排列，每个采水瓶的球阀盖通过短绳连接 释放机构中相对应的释放钩，每个释放钩对应的电磁阀与释放机构的控制程序电路连接。
专利摘要本实用新型公开的直读式6000米温盐深剖面仪，由水上装置和水下装置组成，水上装置和水下装置由船用绞车单芯铠装电缆连接。水下装置的测量传感器包括温度传感器、电导率传感器和压力传感器，在船用电缆绞车以均匀稳定的速度将水下装置下放至深海过程中，实时进行海水温度、盐度随深度变化的剖面测量，测量数据通过绞车电缆传送到水上装置的终端计算机，实时进行显示、记录和存储。水下装置还带有电磁式多瓶采水器和自容式CTD剖面仪，水下装置回收到船上后，采水器的采水瓶采集不同深度水层的水样用于海水化学分析，自容式CTD剖面仪的测量数据可与直读式剖面资料进行比较，为获取资料的真实性提供依据。
文档编号G01N27/10GK201885992SQ20102066334
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者兰卉, 李建国, 王欣, 王磊, 邓云, 邵毅, 邹强, 高坤 申请人:国家海洋技术中心
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