一種水體皮溫-表溫同步測量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種水體皮溫-表溫同步測量裝置，其包括至少一測溫棒、A/D轉(zhuǎn)換器以及處理器，其中：所述測溫棒的上段和下段分別安裝有多個(gè)沿該測溫棒長度方向設(shè)置的具有等距間隔的皮層溫度探頭和表層溫度探頭；所述皮層溫度探頭和表層溫度探頭均通過A/D轉(zhuǎn)換器與處理器電性連接；所述測溫棒上進(jìn)一步安裝有多個(gè)壓力傳感器。本實(shí)用新型可同步對大氣底層、水體皮層和上表層的溫度進(jìn)行接觸式測量，極大提高了測量精度。
【專利說明】一種水體皮溫-表溫同步測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及海洋測量技術(shù)，特別是一種大氣底層、水體皮層和上表層溫度同步測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]海表溫度(Sea Surface Temperature SST)是海洋最重要的物理參數(shù)之一,也是主要的海洋生態(tài)環(huán)境參數(shù)之一。SST在海氣相互作用、全球氣候變化、中尺度海洋過程、水團(tuán)和海洋生態(tài)環(huán)境等研究、海洋數(shù)值模擬、近岸熱污染評價(jià)等許多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用價(jià)值。衛(wèi)星熱紅外遙感技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)成為海表溫度探測的最主要手段，衛(wèi)星傳感器能夠測量的是水體(包括其它地物)的皮溫，即水體皮層(表皮大約0.5毫米水層)溫度，在對衛(wèi)星傳感器進(jìn)行在軌定標(biāo)時(shí)需要首先準(zhǔn)確測量皮溫。因此，準(zhǔn)確測量皮溫不僅對衛(wèi)星熱紅外傳感器定標(biāo)非常重要，對衛(wèi)星遙感反演的地面溫度進(jìn)行真實(shí)性檢驗(yàn)也非常重要。目前測量皮溫采用非接觸式的測量儀器，測量精度不高，誤差通常大于0.5K (開爾文)甚至大于IK0制約了衛(wèi)星熱紅外傳感器在軌定標(biāo)精度和衛(wèi)星遙感溫度產(chǎn)品的精度，進(jìn)而影響了遙感溫度產(chǎn)品在各行業(yè)的應(yīng)用。
[0003]而且，不考慮大氣的影響(可以通過大氣校正消除大氣的影響)，衛(wèi)星熱紅外傳感器測量的亮溫與海水皮溫具有對應(yīng)關(guān)系，與海水表溫的關(guān)系并不確定，因?yàn)楹Ｋ嘏c海水表溫的關(guān)系受海表風(fēng)速、氣溫、濕度、太陽輻射強(qiáng)度等因素影響，因此，對衛(wèi)星傳感器SST結(jié)果的評價(jià)至關(guān)重要。目前對衛(wèi)星傳感器SST結(jié)果的驗(yàn)證方法是以現(xiàn)場單點(diǎn)觀測(觀測站點(diǎn)，觀測船或浮標(biāo))SST來驗(yàn)證某個(gè)像元(或某幾個(gè)像元)的SST。衛(wèi)星傳感器SST獲得的值是某像元區(qū)域內(nèi)SST的平均值，與現(xiàn)場單點(diǎn)觀測SST在空間上根本不匹配，這種驗(yàn)證嚴(yán)格說難以達(dá)到驗(yàn)證的目的。特別是近岸海域海洋溫度鋒比較發(fā)育，水團(tuán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，海面溫度的空間分布變化率比較大，實(shí)測點(diǎn)SST往往并不是該觀測點(diǎn)所在像元的平均SST，因此，當(dāng)現(xiàn)場觀測值和遙感反演值之間出現(xiàn)比較大的差別時(shí)，也許二者都是對的，并不一定是遙感反演方法有問題。另一方面，遙感測量的溫度是海水皮層，而現(xiàn)場觀測的海水溫度其實(shí)是水面下0.3?1.0米甚至5米水深的表層體溫，這二者本身就存在差異，其次，觀測數(shù)據(jù)與衛(wèi)星遙感觀測數(shù)據(jù)的同步性也是遙感反演結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)需要考慮的問題，總之，現(xiàn)場實(shí)測SST的測量方法難以滿足對遙感SST的驗(yàn)證要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對上述不足，本實(shí)用新型提供一種水體皮溫-表溫同步測量裝置，其可對水體皮溫進(jìn)行高精度的接觸式測量，該皮溫可用于對衛(wèi)星遙感的在軌定標(biāo)，對衛(wèi)星遙感SST的結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，同時(shí)，該裝置可同步測量大氣底層、水體皮層和上表層的溫度，還可用于水體皮溫-表溫的關(guān)系分析以及海氣相互作用熱通量研究等。
[0005]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:
[0006]一種水體皮溫-表溫同步測量裝置，其包括至少一測溫棒、A/D轉(zhuǎn)換器以及處理器，其中:
[0007]所述測溫棒的上段安裝有多個(gè)沿該測溫棒長度方向設(shè)置的具有0.6mm等距間隔的皮層溫度探頭，所述測溫棒的下段安裝有多個(gè)沿該測溫棒長度方向設(shè)置的具有等距間隔的表層溫度探頭；
[0008]所述皮層溫度探頭和表層溫度探頭均通過A/D轉(zhuǎn)換器與處理器電性連接；以及
[0009]所述測溫棒上進(jìn)一步安裝有多個(gè)沿該測溫棒長度方向設(shè)置的具有等距間隔的壓力傳感器。
[0010]所述測溫棒的長度為150cm，其中，其上段為50cm，設(shè)置于測溫棒上段的皮層溫度探頭緊密排列；設(shè)置于測溫棒下段的相鄰的兩表層溫度探頭間的距離為5mm ;所述測溫棒置于水體內(nèi)時(shí)其上段露出水面5?45cm。
[0011]所述壓力傳感器為8個(gè)，相鄰兩壓力傳感器間的距離為20cm。
[0012]所述測溫棒為9根，該9根測溫棒組成20cmX20cm的方形陣列，可以實(shí)現(xiàn)測溫棒所在水體溫度的三維同步測量。
[0013]所述方形陣列的底部設(shè)有一半球形浮體，測溫棒安裝于該浮體上，所述浮體為空腔結(jié)構(gòu)，處理器以及其外圍電路均安裝于該空腔結(jié)構(gòu)中。
[0014]所述皮層溫度探頭和表層溫度探頭均為PSB-S7型的熱敏電阻。
[0015]每個(gè)所述的熱敏電阻與三個(gè)相同阻值的固定電阻組成一惠斯通電橋，所述惠斯通電橋的輸出端連接至A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。
[0016]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1、本實(shí)用新型水體皮溫-表溫同步測量裝置可以同步測量水體皮溫和表溫，準(zhǔn)確測量水體表層(I米水深)的水溫三維分布，測溫靈敏度0.0005K,測量精度可達(dá)±0.02K,極大地提高水體皮溫的測量精度。
[0018]2、本實(shí)用新型水體皮溫-表溫同步測量裝置可以現(xiàn)場標(biāo)定國際上先進(jìn)的熱成像儀(測溫靈敏度0.035K,測溫誤差1%?2%，640 X 480像元成像)，提高熱成像儀的測溫精度，再以熱成像儀快速獲取貫穿衛(wèi)星遙感圖像像元的條帶狀水體皮溫。以條帶內(nèi)的皮溫平均值作為對應(yīng)像元的現(xiàn)場皮溫真實(shí)值，大大提高現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)之間的空間匹配性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型水體皮溫-表溫同步測量裝置的電氣原理圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型中測溫棒組成的方形陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為單個(gè)測溫棒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為惠斯通不平衡電橋的電氣原理圖。
[0023]其中:1、測溫棒；11、測溫棒上段；111、皮層溫度探頭；12、測溫棒下段；121、表層溫度探頭；2、浮體；3、環(huán)形體。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]實(shí)施例
[0026]按照水體皮溫-表溫同步測量裝置的功能，可以將該裝置細(xì)分為測溫系統(tǒng)、壓力感應(yīng)測深裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0027]一、測溫系統(tǒng)
[0028]請參照圖1所示，測溫系統(tǒng)主要包括測溫棒、溫度探頭、惠斯通電橋和AD轉(zhuǎn)換器組成。
[0029]請參照圖3所示，測溫棒I包括測溫棒上段11和測溫棒下段12，溫度探頭包括皮層溫度探頭111和表層溫度探頭121。測溫棒I的總長度為150cm，測溫棒上段11的長度為50cm，則測溫棒下段12的長度為100cm。皮層溫度探頭111以緊密排列方式沿測溫棒I的長度方向安裝于測溫棒上段11上，同理，表層溫度探頭121以一定的間隔沿測溫棒I的長度方向安裝于測溫棒下段12上。
[0030]為了測量海水皮溫，需要溫度探頭的空間分辨率達(dá)到亞毫米級別，在本實(shí)用新型較佳的實(shí)施例中，皮層溫度探頭111和表層溫度探頭121均使用PSB-S7熱敏電阻可以實(shí)現(xiàn)
0.6mm的空間分辨率，即PSB-S7熱敏電阻的直徑為0.6mm,因此，相鄰皮層溫度探頭111的間隔dl為0.6mm,同時(shí),相鄰表層溫度探頭121的間隔d2為5mm。測溫棒I放置于水體中進(jìn)行測量時(shí)，其測溫棒上段11露出水面部分的長度為5-45cm，保證測溫棒上段11中總有一皮層溫度探頭111位于水體的皮層中，同時(shí)這樣的設(shè)置方式可以保證該測溫棒I能夠同步測量大氣底邊界層氣溫(由露出水面的皮層溫度探頭111完成)、水體皮溫(由置于水體中的第一個(gè)皮層溫度探頭111完成)和水體上表層(1.2米以淺，可由剩余皮層溫度探頭111和表層溫度探頭121共同完成)水溫，可用于水體皮溫-表溫的關(guān)系分析以及海氣相互作用熱通量研究等。
[0031]熱敏電阻用半導(dǎo)體材料制造，多數(shù)為負(fù)溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。因?yàn)轫憫?yīng)速度快的熱敏電阻體積也很小，使用恒流源測量阻值會產(chǎn)生很大的自熱誤差，因此在本實(shí)用新型中使用惠斯通不平衡電橋?qū)-T的變化轉(zhuǎn)換為電橋輸出電壓的變化，如圖4所示，每個(gè)皮層溫度探頭111和表層溫度探頭121均對應(yīng)設(shè)置在以惠斯通不平衡電橋中，在該電橋中與其配合的固定電阻(即R1、R2、R3)的阻值取IOkQ。
[0032]惠斯通不平衡電橋輸出的模擬電壓需要使用模-數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，因此在該惠斯通不平衡電橋的輸出端Uo連接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。為了便于測量，在惠斯通不平衡電橋和A/D轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置一信號放大器。為了獲得較高的測量精度，需要使用高精度的AD芯片，為了適應(yīng)多路溫度信號同步采集的需要，需要AD芯片具有較多的采集通道和與熱敏電阻響應(yīng)時(shí)間匹配的測量速度。系統(tǒng)采用美國ADI公司AD7794采集溫度信號。AD7794是專為高精度溫度測量設(shè)計(jì)的低功耗、低噪音ADC:工作電壓2.7V?5.25V，典型電流值400A，內(nèi)置低端電源開關(guān)，在省電模式下的電流消耗僅為1A，適用于供電受限的應(yīng)用場合。
[0033]設(shè)計(jì)使用多片AD7794高精度AD轉(zhuǎn)換器同步并行工作，每個(gè)AD7794可采集6個(gè)溫度通道，全部測量各通道最短僅需40ms (470Hz數(shù)據(jù)更新速率時(shí))，與溫度探頭的響應(yīng)時(shí)間匹配。AD7794是24位I: - A型AD轉(zhuǎn)換器，能夠分辨微小信號變化，實(shí)現(xiàn)高精度的溫度測量。多個(gè)AD7794并行采集，使用16位寬度的數(shù)據(jù)總線和4路4-16線譯碼器作為片選信號，總計(jì)只用24根數(shù)據(jù)與片選線和2根電源線即可實(shí)現(xiàn)5000余路數(shù)據(jù)的同步采集，極大的簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。使用多層印制電路板技術(shù)，每個(gè)AD7794與測量的熱敏電阻焊接在同一個(gè)電路板上，不用額外引線，降低了系統(tǒng)的制作難度，采集的溫度信號經(jīng)過線性化處理后通過相應(yīng)的接口經(jīng)由高速SPI數(shù)據(jù)總線傳輸給ARM核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，保存在NAND Flash架構(gòu)的大容量存儲器中。使用多片AD7794型6通道(每一個(gè)AD7794轉(zhuǎn)換器可對應(yīng)連接六個(gè)溫度探頭)24位精密AD作為溫度采集芯片，對熱敏電阻構(gòu)成的非平衡電橋的輸出電壓經(jīng)過信號放大、AD轉(zhuǎn)換、線性化變換后轉(zhuǎn)換為溫度信號的測量方案，達(dá)到了 5mK的測溫精度和最短40ms遍歷所有通道的高度同步測量。
[0034]測溫棒I采用PMMA有機(jī)玻璃管作為外殼，在溫度探頭對應(yīng)位置的外殼上開孔，并使用環(huán)氧樹脂密封和固定溫度探頭對應(yīng)的位置，以使溫度探頭被固定且起到防水的密封作用。
[0035]請參照圖2所示，為使測溫系統(tǒng)能夠測量某水體的三維數(shù)據(jù)，在本實(shí)用新型實(shí)施例中，采用多個(gè)測溫棒組成的方形陣列實(shí)現(xiàn)，具體地，可由9根相同配置的測溫棒I組成三維測溫結(jié)構(gòu)，該9根測溫棒I成方形陣列并且其下段均插接于一半球形的浮體2上實(shí)現(xiàn)固定，該半球形為中空結(jié)構(gòu)，信息采集系統(tǒng)安裝于該中空結(jié)構(gòu)中，浮體2的半徑根據(jù)信息采集系統(tǒng)、測溫棒I以及固定浮體2的環(huán)形體3的總重量而定，即浮體2經(jīng)受水體的浮力與上述總重量的重力需滿足測溫棒I露出水面5-45cm。該9根同步測溫棒以3X3方陣IOcm間距排列構(gòu)成，形成對大氣底邊界層氣溫、水體皮溫和水體上表層20cmX 20cm水柱溫度的三維同步精細(xì)測量，為研究表溫結(jié)構(gòu)和皮溫的關(guān)聯(lián)性和大氣底邊界層溫度與海水表皮層溫度結(jié)構(gòu)的關(guān)系提供了實(shí)測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
[0036]二、壓力感應(yīng)測深裝置
[0037]每一時(shí)刻總有一個(gè)皮層溫度探頭111指示了海水的皮層溫度，由于皮層的位置，位于海水皮層的皮層溫度探頭111總會是第一個(gè)水面以下的那個(gè)皮層溫度探頭。對該第一個(gè)水面以下的皮層溫度探頭的判斷是通過多個(gè)壓力傳感器進(jìn)行，壓力傳感器沿測量棒的長度方向安裝于測溫棒上，相鄰兩壓力傳感器的距離為20cm。在水面放置I個(gè)背壓壓力傳感器測量背景大氣壓，通過測溫棒上設(shè)置具有等距離間隔的壓力傳感器測量的壓力分布和背景大氣壓相結(jié)合可以高精度反演海水液面相對測溫棒的位置，從而確定是哪一個(gè)皮層溫度探頭是水面以下的第一個(gè)。壓力傳感器將確定的第一個(gè)位于水面以下的皮層溫度探頭的信息發(fā)送至信息采集系統(tǒng)，該信息采集系統(tǒng)即可確定皮層溫度，并可以哪些皮層溫度探頭用于測量大氣底層溫度，哪些溫度探頭用于測量水體表層溫度。
[0038]在本實(shí)用新型較佳的實(shí)施例中，壓力傳感器采用基于高精度擴(kuò)散硅壓力傳感器的測深方案，該方案使用固態(tài)MEMS技術(shù)制造的高精度擴(kuò)散硅壓力傳感器，能夠檢測0.1毫米水深變化引起的壓力變化，測深精度可以達(dá)到0.5毫米，以9根測溫棒測量的皮溫平均值作為測量水域(20 X 20厘米水域)的皮溫?cái)?shù)據(jù)。
[0039]三、信息采集系統(tǒng)
[0040]請參照圖1所示，信息采集系統(tǒng)主要包括處理器(中央控制模塊)以及其外圍電路，處理器通過SPI數(shù)據(jù)總線接收來自測溫系統(tǒng)的測溫結(jié)果以及來自壓力感應(yīng)測深裝置對測溫棒位置的確定信息。其外圍電路主要包括電源模塊、時(shí)鐘模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、定位及衛(wèi)星通信模塊。
[0041](I)中央控制模塊
[0042]中央控制模塊使用STM32F103VCT6作為主要的處理器。該處理器使用Cortex_M3內(nèi)核，具有72MHz時(shí)鐘頻率，1.25DMIPS/MHZ的處理能力，0等待周期的存儲器和單周期硬件乘除法，使用多種創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最高的能效，對32位的高速運(yùn)算和高效能控制提供了理想的解決方案。
[0043]該處理器具有豐富的通信接口，能夠滿足各傳感器的測量需要。具有3個(gè)增強(qiáng)型的USART串口，分別用于運(yùn)動姿態(tài)采集模塊、定位與衛(wèi)星通信模塊的控制與數(shù)據(jù)傳輸；具有2個(gè)獨(dú)立的I2C接口，用于RTC時(shí)鐘模塊的控制與數(shù)據(jù)傳輸；1個(gè)全速USB2.0接口，用于向PC機(jī)高速上載測量數(shù)據(jù)；2個(gè)高達(dá)50MHz的SPI通信接口，通過片選邏輯，可以用于皮溫-表溫測量模塊的同步測量控制及高速數(shù)據(jù)傳輸；1個(gè)FSMC (可變靜態(tài)存儲控制器)，80個(gè)可配置的IO 口，可以用于高速驅(qū)動高達(dá)64G存儲容量的NAND Flash存儲器模塊。
[0044]因?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境惡劣，使用8MHz有源晶振保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。除了外部有源晶振電路輸入的時(shí)鐘信號，該處理器還有內(nèi)部8MHz高速時(shí)鐘源和內(nèi)部40kHz低速時(shí)鐘源，在其中一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘源發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能夠切換到其他時(shí)鐘源繼續(xù)正常工作，診斷和恢復(fù)故障時(shí)鐘源，保證了高度的系統(tǒng)可靠性。該處理器內(nèi)置硬件獨(dú)立看門狗電路，在系統(tǒng)出現(xiàn)意外卡死時(shí)可以復(fù)位整個(gè)電路，數(shù)據(jù)備份電路用于系統(tǒng)意外復(fù)位時(shí)恢復(fù)上次工作狀態(tài)。
[0045](2)電源模塊
[0046]作為本實(shí)用新型為中央控制模塊和各傳感器提供穩(wěn)定的多電壓直流供電的電源模塊采用LG-486789鋰電芯，該鋰電芯的外形尺寸為:67mmX89mmX4.3mm，重量32.5g，額定電壓3.7V，單節(jié)容量3.2A ? h，20節(jié)鋰電池芯構(gòu)成一個(gè)鋰電池塊，整合保護(hù)電路和外殼后外形尺寸為80mmX 120mmX 100mm,重量為800g，額定電壓3.7V，每塊容量為60A ? h，約合220W *h。其經(jīng)過DC-DC穩(wěn)壓模塊為中央控制器和各傳感器提供3.3V穩(wěn)定直流電壓，為GPS定位與衛(wèi)星通信模塊提供大功率24V直流電壓。
[0047](3)數(shù)據(jù)存儲模塊
[0048]考慮到壓力液位數(shù)據(jù)、時(shí)鐘數(shù)據(jù)、儀器姿態(tài)數(shù)據(jù)、GPS位置數(shù)據(jù)和相關(guān)水文數(shù)據(jù)，總數(shù)據(jù)量在40G左右。如果采用傳統(tǒng)的SD卡作為存儲介質(zhì)，在復(fù)雜的海上應(yīng)用環(huán)境中，劇烈的系統(tǒng)震動和復(fù)雜的物理環(huán)境有可能使SD卡發(fā)生移位或接觸不良等故障，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性。在本實(shí)用新型實(shí)`施例中，采用Micron公司的MT29F512G08⑶CAB，其為NAND Flash且具有64GBytes的存儲容量的存儲器，能夠滿足該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲需要。該存儲器直接焊接在電路板上，用STM32F103的FSMC接口可實(shí)現(xiàn)快速存取數(shù)據(jù)，讀寫速度快于SD卡，消除系統(tǒng)機(jī)械故障的可能性。
[0049](4)定位及衛(wèi)星通信模塊
[0050]使用GPS定位模塊提供系統(tǒng)所在位置信息，定位精度為5~10米，在有條件的情況下，使用北斗定位模塊提供系統(tǒng)位置信息，可獲得最高1.2米的高精度定位準(zhǔn)確度。
[0051]數(shù)據(jù)傳輸衛(wèi)星通信系統(tǒng)由TT-3026L/M衛(wèi)星終端、控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸電纜等組成。TT-3026L/M產(chǎn)品(產(chǎn)品名稱為eCTrack)具有體積小，價(jià)格低，一體化程度高，通信范圍覆蓋全球，通信費(fèi)用極為便宜等特點(diǎn)，適用于本課題的需求。在有條件的情況下，使用北斗通信終端，利用北斗特有的短報(bào)文通信能力，將系統(tǒng)工作狀態(tài)即時(shí)發(fā)回岸基接收系統(tǒng)，或?qū)⒖刂浦噶畎l(fā)往系統(tǒng)，改變系統(tǒng)工作模式。
[0052]( 5 )運(yùn)動姿態(tài)采集模塊
[0053]信息采集模塊除上述處理器外，還包括運(yùn)動姿態(tài)采集模塊，該模塊的輸出與處理器相連，主要用于監(jiān)測測溫系統(tǒng)在水體中的垂直程度。測溫棒的姿態(tài)信息對于校正壓力傳感器測量的液位數(shù)據(jù)十分重要。本項(xiàng)目中使用正交放置的HMC1021磁阻傳感器，通過測量地磁場的方向確定航向信息；使用芬蘭VTI公司的水平傾角傳感器，測量棒相對于水平面的傾角；通過三軸加速度傳感器測量測量棒在三維空間上的直線加速度。通過對運(yùn)動姿態(tài)的三個(gè)角度量和三個(gè)加速度量的測量，可以準(zhǔn)確計(jì)算儀器的運(yùn)動狀態(tài)，精確校正壓力傳感器測量的液位信息。
[0054]該水體皮溫-表溫同步測量裝置含有9個(gè)測溫棒，集成了測量皮溫的高密度溫度探頭陣列、測量表溫的溫度探頭陣列和基于壓力傳感器測量海表面位置的液位測量模塊，以及相應(yīng)的信號處理和數(shù)據(jù)采集電路。處理器使用高速ARM處理器作為核心，根據(jù)海水皮溫-表溫測量要求,產(chǎn)生同步觸發(fā)信號,使9個(gè)測溫棒同步采集海水表皮水柱(1.2米以淺)的三維溫度分布，測量的數(shù)據(jù)通過高速SPI數(shù)據(jù)總線傳輸給中央控制器，存儲在NANDFlash架構(gòu)的大容量數(shù)據(jù)存儲模塊中。處理器采集運(yùn)動姿態(tài)測量模塊中的三軸傾角和加速度，確定該裝置的姿態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)，校正氣所測量的液位信息。時(shí)間模塊使用高精度晶振和RTC時(shí)鐘為儀器提供準(zhǔn)確的時(shí)間基準(zhǔn)。該裝置的地球坐標(biāo)位置信息由北斗/GPS定位模塊測得，位置信息和該裝置的工作狀態(tài)信息通過衛(wèi)星通信模塊傳輸?shù)桨痘虼邮照?，為該裝置的定位和回收服務(wù)。
[0055]上列詳細(xì)說明是針對本實(shí)用新型可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡未脫離本實(shí)用新型所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的保護(hù)范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種水體皮溫-表溫同步測量裝置，其特征在于，其包括至少一測溫棒、A/D轉(zhuǎn)換器以及處理器，其中: 所述測溫棒的上段安裝有多個(gè)沿該測溫棒長度方向設(shè)置的具有0.6mm等距間隔的皮層溫度探頭，所述測溫棒的下段安裝有多個(gè)沿該測溫棒長度方向設(shè)置的具有等距間隔的表層溫度探頭； 所述皮層溫度探頭和表層溫度探頭均通過A/D轉(zhuǎn)換器與處理器電性連接；以及 所述測溫棒上進(jìn)一步安裝有多個(gè)沿該測溫棒長度方向設(shè)置的具有等距間隔的壓力傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水體皮溫-表溫同步測量裝置，其特征在于，所述測溫棒的長度為150cm，其中，其上段為50cm，設(shè)置于測溫棒上段的皮層溫度探頭緊密排列；設(shè)置于測溫棒下段的相鄰的兩表層溫度探頭間的距離為5_。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水體皮溫-表溫同步測量裝置，其特征在于，所述測溫棒置于水體內(nèi)時(shí)其上段露出水面5?45cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水體皮溫-表溫同步測量裝置，其特征在于，所述壓力傳感器為8個(gè)，相鄰兩壓力傳感器間的距離為20cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水體皮溫-表溫同步測量裝置，其特征在于，所述測溫棒為9根，該9根測溫棒組成20cmX 20cm的方形陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水體皮溫-表溫同步測量裝置，其特征在于，所述方形陣列的底部設(shè)有一半球形的浮體，測溫棒安裝于該浮體上，所述浮體為空腔結(jié)構(gòu)，處理器以及其外圍電路均安裝于該空腔結(jié)構(gòu)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水體皮溫-表溫同步測量裝置，其特征在于，所述皮層溫度探頭和表層溫度探頭均為PSB-S7型的熱敏電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水體皮溫-表溫同步測量裝置，其特征在于，每個(gè)所述的熱敏電阻與三個(gè)相同阻值的固定電阻組成一惠斯通電橋，所述惠斯通電橋的輸出端連接至A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。
【文檔編號】G01J5/00GK203432711SQ201320550972
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】陳楚群 申請人:中國科學(xué)院南海海洋研究所