專利名稱：一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及深海海洋環(huán)境參數(shù)探測，尤其涉及熱液成礦區(qū)深海海洋環(huán)境參數(shù)的探測。
背景技術(shù)：
近年來，海洋科學(xué)家們認(rèn)識到，洋中脊熱液活動(dòng)的演化是一個(gè)動(dòng)態(tài)環(huán)境體系，其化學(xué)、物理和生物過程在時(shí)間和空間尺度上都存在強(qiáng)烈的變化，試圖用傳統(tǒng)采樣一測定方法重建流體化學(xué)原始環(huán)境真實(shí)性受到質(zhì)疑。海水中的溫度-壓力-成分條件與海上科考船和陸地實(shí)驗(yàn)室的常溫常壓條件有顯著的差別，盡管依賴于“采樣-(船上或岸上)實(shí)驗(yàn)室分析”過程中已不同程度地針對不同的研究對象采取了一些保真措施，但不得不承認(rèn)的是，通過這些傳統(tǒng)的方法和手段獲取的認(rèn)識仍不能夠完整地反映海洋/海底物質(zhì)世界的真實(shí)面貌。通過海上采集海洋中不同位置和深度的樣品，在船上實(shí)驗(yàn)室或回到岸基實(shí)驗(yàn)室后再對樣本進(jìn)行各種化學(xué)分析的傳統(tǒng)工作方式存在以下弊端耗費(fèi)大量的人力物力，延長了船舶海上作業(yè)時(shí)間，因此效率低下、成本高昂；海水采集器的容量有限，獲取的生物、微生物樣本代表性欠佳，不利于全面了解被探測海域的海洋生態(tài)環(huán)境；采集到的樣品由于溫度、壓力、光照等條件的變化，引起氣相溶解組份的散失，變價(jià)離子價(jià)態(tài)改變，不同組分化合物之間或同組分化合物單體之間結(jié)構(gòu)關(guān)系變化，有機(jī)組份分解，因此分析數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確反映海水的原始成份與狀態(tài)。
因此，要全面認(rèn)識這種非均態(tài)現(xiàn)象的原因及意義，迫切需要一種可靠的原位在線監(jiān)測裝置，以便觀測其海水的各種物理化學(xué)組份。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)，能夠原位在線監(jiān)測深海海水的各種物理化學(xué)組份。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出了一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)，包括傳感器探測子系統(tǒng)、水下高壓倉測控子系統(tǒng)和甲板控制子系統(tǒng)，所述傳感器探測子系統(tǒng)對深海數(shù)據(jù)進(jìn)行探測，并將探測到的數(shù)據(jù)傳送到水下高壓倉測控子系統(tǒng)，所述水下高壓倉測控子系統(tǒng)將數(shù)據(jù)儲存后傳送到甲板控制子系統(tǒng)，所述甲板控制子系統(tǒng)再對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理并儲存。
進(jìn)一步地，所述水下高壓倉測控子系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、中央處理單元和數(shù)據(jù)輸出模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊對傳感器探測子系統(tǒng)中的各傳感器探測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，A/D轉(zhuǎn)換模塊將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過中央處理單元進(jìn)行存儲，并由中央處理單元輸出到數(shù)據(jù)輸出模塊，所述數(shù)據(jù)輸出模塊將數(shù)據(jù)傳送給甲板控制子系統(tǒng)。
進(jìn)一步地，所述水下高壓倉測控子系統(tǒng)還包括電源控制電路，所述電源控制電路控制傳感器探測子系統(tǒng)的供電。
進(jìn)一步地，所述甲板控制子系統(tǒng)包括但不限于監(jiān)視模塊、控制模塊、通訊模塊、參數(shù)設(shè)置模塊，所述監(jiān)視模塊對裝置狀態(tài)及傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視，所述控制模塊控制傳感器的電源及采水器，所述通訊模塊接受水下高壓倉測控子系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù)，對接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和處理，所述參數(shù)設(shè)置模塊對傳感器參數(shù)、通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
進(jìn)一步地，所述甲板控制子系統(tǒng)還包括顯示模塊，將通訊模塊處理過的數(shù)據(jù)顯示出來，可進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)值顯示、數(shù)據(jù)變化的曲線顯示。
本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型公開了一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)，有效解決了傳統(tǒng)的采樣—分析方法不能完全反映海洋真實(shí)狀況的問題，將電化學(xué)傳感器與現(xiàn)代數(shù)據(jù)存儲和通信技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到在線、實(shí)時(shí)探測的目的，最大限度地減少了樣品輸送和貯存過程中產(chǎn)生的污染，優(yōu)化了海洋化學(xué)監(jiān)測的時(shí)間方案，使長期、大規(guī)模監(jiān)測化合物濃度變化成為可能，并大大降低了監(jiān)測費(fèi)用，海洋在線化學(xué)探測技術(shù)的開發(fā)對于理解短期或瞬間過程對化學(xué)元素分布的影響、模擬海洋生物地球化學(xué)循環(huán)和評價(jià)海洋環(huán)境、特別是深海環(huán)境變化起著不可低估的重要作用，電化學(xué)傳感器的應(yīng)用也將極大地促進(jìn)海洋資源的探測、海洋環(huán)境的監(jiān)測和保護(hù)、海洋科學(xué)的研究，對國家的經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。
本實(shí)用新型的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1是本實(shí)用新型一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)中水下高壓倉控制子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)中水下高壓倉控制子系統(tǒng)的邏輯框圖；圖4是本實(shí)用新型一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)中水下高壓倉控制子系統(tǒng)中繼電器控制電源部分的電路圖；圖5是本實(shí)用新型一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)中甲板控制子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式如圖1所示為本實(shí)用新型一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括傳感器探測子系統(tǒng)1、水下高壓倉測控子系統(tǒng)2和甲板控制子系統(tǒng)3，所述傳感器探測子系統(tǒng)1對深海數(shù)據(jù)進(jìn)行探測，并將探測到的數(shù)據(jù)傳送到水下高壓倉測控子系統(tǒng)2，所述水下高壓倉測控子系統(tǒng)2將數(shù)據(jù)儲存后傳送到甲板控制子系統(tǒng)3，所述甲板控制子系統(tǒng)3再對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理并儲存。本實(shí)用新型中將傳感器探測子系統(tǒng)1和水下高壓倉測控子系統(tǒng)2安裝在一個(gè)拖曳體框架內(nèi)，通過傳感器探測子系統(tǒng)1中的傳感器探測將所測量到的數(shù)據(jù)傳送至水下高壓倉測控子系統(tǒng)2，水下高壓倉測控子系統(tǒng)2將數(shù)據(jù)貯存處理后，通過船只上的同軸鎧裝纜進(jìn)行長距離傳輸至甲板控制子系統(tǒng)3，然后甲板控制子系統(tǒng)3對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和處理貯存，甲板控制子系統(tǒng)3同時(shí)可以根據(jù)要求發(fā)送指令要求傳感器根據(jù)需要進(jìn)行探測。
如圖2所示為本實(shí)用新型一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)中水下高壓倉控制子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括數(shù)據(jù)采集模塊21、A/D轉(zhuǎn)換模塊22、中央處理單元23和數(shù)據(jù)輸出模塊24，所述數(shù)據(jù)采集模塊21對傳感器探測子系統(tǒng)1中的各傳感器探測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，A/D轉(zhuǎn)換模塊22將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過中央處理單元23進(jìn)行存儲，并由中央處理單元23輸出到數(shù)據(jù)輸出模塊24，所述數(shù)據(jù)輸出模塊24將數(shù)據(jù)傳送給甲板控制子系統(tǒng)3，還包括電源控制電路25，所述電源控制電路25控制傳感器探測子系統(tǒng)1的供電。
水下高壓倉控制子系統(tǒng)中電源部分可以提供+24V、-24V、+12V、-12V、+5V、-5V等多組不同直流電源，中央處理單元23為水下測控中心，放置在水下高壓倉內(nèi)，是整個(gè)測控系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，直接對傳感器和采樣器進(jìn)行控制，其性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的工作情況，以PC104嵌入式486系統(tǒng)為核心構(gòu)建，操作系統(tǒng)采用DOS系統(tǒng)，應(yīng)用軟件采用TC編寫。
如圖3所示為本實(shí)用新型一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)中水下高壓倉控制子系統(tǒng)的邏輯框圖。系統(tǒng)中的A/D板芯片采用ADP800模塊，它可與PC-104CPU模塊構(gòu)成一個(gè)高性能的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其具有8個(gè)雙端/16個(gè)單端模擬輸入通道，24通道基于TTL/CMOS兼容的可編程數(shù)字量I/O，三個(gè)獨(dú)立的16位，8MHz或5MHz定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，該A/D的模數(shù)變換線路可接收最多16個(gè)通道的單端模擬量輸入，并將這些輸入轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)字，然后通過PC數(shù)據(jù)總線讀出傳送到PC的存儲器中，每次一個(gè)字節(jié)。該A/D模塊的數(shù)字量I/O能直接與外部設(shè)備或信號連接、以感知開關(guān)的閉合、數(shù)字事件的觸發(fā)、或固態(tài)繼電器的動(dòng)作。本系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)RS-232串口輸入信號有5個(gè)，另外要求3～5個(gè)備用的。CPU主板有兩個(gè)自帶的串行口，因此需要擴(kuò)展多個(gè)串行口，本系統(tǒng)選用EMERALD-MM-8的8串口板，具有8個(gè)16位FIFO的串行口，串口類型可以在RS-232、RS-422、RS-485之間選取，傳輸率可以達(dá)到115.2kbps，可編程選取I/O地址和中斷級，每個(gè)端口有8個(gè)可編程數(shù)字I/O線，為PC-104總線結(jié)構(gòu)。
為了達(dá)到節(jié)省電池用電的目的，需要對傳感器的供電進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)采用的是通過水下測控系統(tǒng)控制繼電器的開閉來實(shí)現(xiàn)對部分傳感器供電的控制。水下電池組所能提供的是一組28V直流電源，由于水下各個(gè)部件需要的電源是不同的，需要變換輸出多組電源。水下電源的變換通過兩種方式來實(shí)現(xiàn)逆變器實(shí)現(xiàn)DC/AC變換、DC/DC變換，DC/DC變換又有兩種方式一種采用了三端固定式集成穩(wěn)壓器，另一種采用了DC/DC模塊。
如圖4所示為本實(shí)用新型一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)中水下高壓倉控制子系統(tǒng)中繼電器控制電源部分的電路圖；繼電器的通斷是由三極管控制的，三極管的控制端和控制電源的CPU輸出端連接。當(dāng)CPU輸出為低電平時(shí)，三極管截止，繼電器線圈沒有電流通過，處于斷開狀態(tài)。當(dāng)CPU輸出為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器線圈通電，繼電器閉合。第一三極管Q1用于控制電機(jī)電源，第二三極管Q2用于控制霍爾開關(guān)電源，第三三極管Q3用于控制高度計(jì)電源，第四三極管Q4用于控制FIA探測器電源。
如圖5所示為本實(shí)用新型一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)中甲板控制子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括但不限于監(jiān)視模塊31、控制模塊32、通訊模塊33、參數(shù)設(shè)置模塊34，所述監(jiān)視模塊31對裝置狀態(tài)及傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視，所述控制模塊32控制傳感器的電源及采水器，所述通訊模塊33接受水下高壓倉測控子系統(tǒng)2傳送的數(shù)據(jù)，對接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和處理，所述參數(shù)設(shè)置模塊34對傳感器參數(shù)、通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，還包括顯示模塊35，將通訊模塊33處理過的數(shù)據(jù)顯示出來，可進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)值顯示、數(shù)據(jù)變化的曲線顯示。甲板控制子系統(tǒng)3為上位機(jī)，采用穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)的工控機(jī)，上位機(jī)采用Windows操作平臺，甲板控制子系統(tǒng)3中包括有操作控制軟件，采用界面友好、交互能力強(qiáng)的Visual Basic系列開發(fā)軟件編寫，操作控制軟件能夠?qū)崿F(xiàn)上/下位機(jī)的通訊、參數(shù)的設(shè)定、下發(fā)控制命令、解碼上傳數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存盤、密碼修改、采水器控制等多種功能，其中的數(shù)據(jù)顯示可以包括數(shù)值方式和曲線方式兩種。軟件中的監(jiān)視模塊31可對電壓互感器、傾角傳感器、高度器、濁度器、CTD、FIA傳感器、PH高溫化學(xué)傳感器、溫度、PH低溫化學(xué)傳感器等多種參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)值進(jìn)行監(jiān)控，通訊模塊33具有通訊控制平臺和數(shù)據(jù)顯示平臺，可以控制上/下位機(jī)之間的通訊，對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，可以將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并將數(shù)據(jù)送顯示模塊35進(jìn)行顯示。
權(quán)利要求1.一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)，其特征在于包括傳感器探測子系統(tǒng)(1)、水下高壓倉測控子系統(tǒng)(2)和甲板控制子系統(tǒng)(3)，所述傳感器探測子系統(tǒng)(1)對深海數(shù)據(jù)進(jìn)行探測，并將探測到的數(shù)據(jù)傳送到水下高壓倉測控子系統(tǒng)(2)，所述水下高壓倉測控子系統(tǒng)(2)將數(shù)據(jù)儲存后傳送到甲板控制子系統(tǒng)(3)，所述甲板控制子系統(tǒng)(3)再對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理并儲存。
2.如權(quán)利要求1所述的一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)，其特征在于所述水下高壓倉測控子系統(tǒng)(2)包括數(shù)據(jù)采集模塊(21)、A/D轉(zhuǎn)換模塊(22)、中央處理單元(23)和數(shù)據(jù)輸出模塊(24)，所述數(shù)據(jù)采集模塊(21)對傳感器探測子系統(tǒng)(1)中的各傳感器探測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，A/D轉(zhuǎn)換模塊(22)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過中央處理單元(23)進(jìn)行存儲，并由中央處理單元(23)輸出到數(shù)據(jù)輸出模塊(24)，所述數(shù)據(jù)輸出模塊(24)將數(shù)據(jù)傳送給甲板控制子系統(tǒng)(3)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)，其特征在于所述水下高壓倉測控子系統(tǒng)(2)還包括電源控制電路(25)，所述電源控制電路(25)控制傳感器探測子系統(tǒng)(1)的供電。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)，其特征在于所述甲板控制子系統(tǒng)(3)包括但不限于監(jiān)視模塊(31)、控制模塊(32)、通訊模塊(33)、參數(shù)設(shè)置模塊(34)，所述監(jiān)視模塊(31)對裝置狀態(tài)及傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視，所述控制模塊(32)控制傳感器的電源及采水器，所述通訊模塊(33)接受水下高壓倉測控子系統(tǒng)(2)傳送的數(shù)據(jù)，對接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和處理，所述參數(shù)設(shè)置模塊(34)對傳感器參數(shù)、通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
5.如權(quán)利要求4所述的一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)，其特征在于所述甲板控制子系統(tǒng)(3)還包括顯示模塊(35)，將通訊模塊(33)處理過的數(shù)據(jù)顯示出來，可進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)值顯示、數(shù)據(jù)變化的曲線顯示。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種深海拖曳式在線測量系統(tǒng)，包括傳感器探測子系統(tǒng)、水下高壓倉測控子系統(tǒng)和甲板控制子系統(tǒng)，所述傳感器探測子系統(tǒng)對深海數(shù)據(jù)進(jìn)行探測，并將探測到的數(shù)據(jù)傳送到水下高壓倉測控子系統(tǒng)，所述水下高壓倉測控子系統(tǒng)將數(shù)據(jù)儲存后傳送到甲板控制子系統(tǒng)，所述甲板控制子系統(tǒng)再對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理并儲存，有效解決了傳統(tǒng)的采樣－分析方法不能完全反映海洋真實(shí)狀況的問題，將電化學(xué)傳感器與現(xiàn)代數(shù)據(jù)存儲和通信技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到在線、實(shí)時(shí)探測的目的，最大限度地減少了樣品輸送和貯存過程中產(chǎn)生的污染，優(yōu)化了海洋化學(xué)監(jiān)測的時(shí)間方案，使長期、大規(guī)模監(jiān)測化合物濃度變化成為可能，并大大降低了監(jiān)測費(fèi)用。
文檔編號G08C19/00GK2852285SQ200520117119
公開日2006年12月27日 申請日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者張海生, 潘建明, 錢鑫炎, 劉敬彪, 劉小涯, 武光海, 薜斌 申請人:國家海洋局第二海洋研究所