一種上位機供電的海洋溫度深度測量系統(tǒng)及其測量方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及海洋環(huán)境信息監(jiān)測領域，尤其涉及投棄式溫度探頭及溫度深度測試方 法。
【背景技術】
[0002] 伴隨著人類對海洋資源開發(fā)的逐漸深入，海洋研宄顯得越來越重要。海水的溫度、 深度等數(shù)據(jù)是海洋水體最基本的物理要素，也是海洋調查和監(jiān)測中最重要的觀測項目，他 們的量值對海洋中其它物理要素有著重要影響。為了掌握海水分布及變化規(guī)律，各個國家 都在致力于開發(fā)隨海洋溫度深度變化的剖面測量儀器。
[0003] XBT (投棄式溫度探頭）是在不影響船艦航行狀態(tài)下，快速獲取海洋溫度剖面的設 備，其用來解決船艦在機動狀態(tài)下的海洋環(huán)境參數(shù)測量問題，同時也是海洋調查、水聲探測 等方面非常重要的測量裝備和測量手段。
[0004] XBT主要由姿態(tài)控制部件、溫度傳感器、信號傳輸線等組成。投棄式溫度探頭上的 姿態(tài)控制部件，使探頭按照一定的規(guī)律在海水中下降。投放XBT后，當其到達海面時，數(shù)據(jù) 采集板上的計時器開始計時，這樣由探頭的下降速度和下降時間，就可以計算出探頭在海 水中的深度值；同時，裝在探頭前端的溫度傳感器，把海水的溫度值按一定的規(guī)律，轉換成 相應的電阻值，并通過信號傳輸線，把溫度傳感器的電阻值，實時地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器中用 于采樣。這樣根據(jù)電阻值就可以計算出當前海水的溫度值，從而得到海水的溫度深度剖面。
[0005] 實用新型名稱為一種能快速獲取海水溫剖面數(shù)據(jù)的裝置，申請?zhí)枮?201020223746. 6的中國專利申請，此裝置采用溫度傳感器獲取海洋溫度數(shù)據(jù)，并通過探頭 下降時間估計得到海洋深度數(shù)據(jù)，這種方式獲得的數(shù)據(jù)精度低，且重復性與一致性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提出了解決以上問題的一種上位機供電的海洋溫度深度測量系統(tǒng)及其測 量方法。
[0007] 在第一方面，本發(fā)明提供了一種海洋溫度深度測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括信號獲取放 大模塊和釋放裝置，該信號獲取放大模塊包括溫度測量模塊和深度測量模塊，該釋放裝置 包括數(shù)據(jù)采樣模塊和上位機。該溫度測量模塊用于獲取反應該信號獲取放大模塊所處海水 溫度的相關信息。該深度測量模塊用于獲取反應該信號獲取放大模塊所處海水深度的相關 信息。該數(shù)據(jù)采樣模塊用于接收所述海水溫度相關信息以及接收所述海水深度相關信息， 并分別對該海水溫度及海水深度信息進行采樣處理。上位機依據(jù)所述采樣結果繪制海水溫 度/深度曲線圖。
[0008] 在第二方面，本發(fā)明提供了一種海洋溫度深度測量方法。該方法首先獲取海水溫 度以及海水深度相關信息。然后分別對該海水溫度深度信息進行采樣處理。最后依據(jù)該采 樣結果，繪制海水溫度/深度曲線圖。
[0009] 本發(fā)明與傳統(tǒng)的通過探頭下落時間估計海洋深度數(shù)據(jù)的方法相比，測量出的海洋 深度數(shù)據(jù)更加準確、穩(wěn)定性更強。并且本發(fā)明的海洋溫度數(shù)據(jù)獲取方式準確度更高、穩(wěn)定性 更強、重復性優(yōu)異、反應速度更快。此外，本發(fā)明通過外部供電方式為信號獲取放大模塊供 電，節(jié)約能源且減少了環(huán)境污染。同時，由于本發(fā)明采用了高采樣率的數(shù)據(jù)采樣模塊，因此 得到的海洋溫度/深度曲線更加準確。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明一個實施例的海洋溫度深度測量系統(tǒng)示意圖；
[0011] 圖2為本發(fā)明一個實施例的溫度測量模塊的電路圖；
[0012] 圖3為本發(fā)明一個實施例的壓力測量模塊的電路圖；
[0013] 圖4為本發(fā)明一個實施例的海洋溫度深度測量方法流程圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0015] 圖1是本發(fā)明一個實施例的海洋溫度深度測量系統(tǒng)示意圖。該海洋溫度深度測量 系統(tǒng)包括信號獲取放大模塊110、釋放裝置120以及連接該信號獲取放大模塊110與該釋放 裝置120之間的線纜（圖中未示出）。該信號獲取放大模塊110用于獲取反應海洋溫度和 深度的相關信息，并分別對該溫度深度信息進行放大處理，再將該處理后的信息通過該線 纜發(fā)送至該釋放裝置120。該釋放裝置120接收來自該信號獲取放大模塊110的反應海洋 溫度深度信息的兩路模擬信號，并分別對其進行采樣處理，再依據(jù)該采樣結果繪制出海洋 溫度/深度曲線。此外，該釋放裝置120還通過該線纜為該信號獲取放大模塊110供電。
[0016] 下面詳細闡述各模塊工作原理。
[0017] 該信號獲取放大模塊110包括溫度測量模塊（圖中未示出）、深度測量模塊（圖中 未示出）、電源管理模塊115 ;其中，該溫度測量模塊包括溫度傳感器111、溫度調理放大器 113,該深度測量模塊包括壓力傳感器112、壓力調理放大器114。
[0018] 該釋放裝置120包括數(shù)據(jù)采樣模塊121和上位機122,該上位機122還包括電源模 塊 1221。
[0019] 該信號獲取放大模塊110中的壓力傳感器112用于獲取反應該信號獲取放大模塊 110當前海水壓力的相關信息，并將該信息發(fā)送至該壓力調理放大器114。該壓力調理放大 器114將該反應海水壓力的相關信息進行放大處理，以得到反應該信號獲取放大模塊110 所處海洋深度的相關信息，并將該信息發(fā)送至該數(shù)據(jù)采樣模塊121。
[0020] 該信號獲取放大模塊110中的溫度傳感器111用于獲取反應該信號獲取放大模塊 110所處海洋的海水溫度相關信息，并將該溫度信息發(fā)送至該溫度調理放大器113。該溫度 調理放大器113將該反應海水溫度的相關信息進行放大處理，并將該處理后的信息發(fā)送至 該數(shù)據(jù)采樣模塊121。
[0021] 該數(shù)據(jù)采樣模塊121接收來自該溫度調理放大器113的反應海水溫度的相關信息 以及接收來自該壓力調理放大器114的反應海水深度的相關信息，并將該反應海水溫度及 海水深度的兩路模擬信號進行采樣處理，從而得到反應海水溫度及海水深度的數(shù)字信號。 該上位機122接收來自該數(shù)據(jù)采樣模塊121的該海水溫度及海水深度數(shù)據(jù)，繪制出海水溫 度/深度曲線。
[0022] 此外，該上位機122還包括電源模塊1221，該信號獲取放大模塊110包括電源管理 模塊115。該電源模塊1221通過該線纜（圖中未示出）向該電源管理模塊115提供電壓。 該電源管理模塊115將得到的該電壓值進行處理，以得到該溫度測量模塊及該深度測量模 塊所需電壓，并為該溫度測量模塊及該深度測量模塊提供電壓。
[0023] 較佳地，該電源管理模塊115向該溫度測量模塊提供1. 8伏電壓，并將該1. 8伏電 壓作為該溫度測量模塊的激勵源電壓；該電源管理模塊115向該深度測量模塊提供4伏電 壓，并將該4伏電壓作為該深度測量模塊的激勵源電壓。
[0024] 圖2是本發(fā)明一個實施例的溫度測量模塊的電路圖。該溫度測量模塊包括電阻 R15、電阻R14、運算放大器U9A、電阻R16、電阻R17、溫度傳感器RT1、電阻R19、運算放大器 U9B〇
[0025] 一個例子中，該運算放大器U9A及該運算放大器U9B型號為MAX4292。
[0026] 較佳地，該溫度傳感器RTl為NTC熱敏電阻。
[0027] 圖2中，電阻R15、運算放大器U9A的正電源輸出端V+、電阻R17連接至電源。電 阻R15與電阻R14相連，并將該連接點作為該運算放大器U9A的同相輸入端IN+。運算放大 器U9A反向輸入端IN-與該運算放大器U9A輸出端OUT及電阻R16 -端相連，該電阻R16 另一端與運算放大器U9B反相輸入端IN-及電阻R19 -端相連。該電阻R19另一端與運算 放大器U9B輸出端OUT相連，并將該運算放大器U9B輸出端OUT作為該溫度測量模塊的輸 出端。
[0028] 該溫度傳感器RTl與電阻R17串聯(lián)，并將該串聯(lián)的連接點作為該運算放大器U9B 的同相輸入端IN+。該電阻R17作為該溫度傳感器RTl的一個分壓電阻，用于改善該溫度傳 感器RTl測溫區(qū)間的線性度，且用來限制流過該溫度傳感器RTl的電流，從而減小溫度傳感 器RTl自發(fā)熱導致的測量誤差。
[0029] 該溫度測量模塊的輸出電壓Vout為：
[0030]
⑴
[0031] 其中，Vin為該溫度測量模塊的輸入電壓，Rt為該溫度傳感器電阻值；
[0032] 較佳地，該溫度傳感器采用I. 8V恒壓源供電，即Vin = 1. 8伏。
[0033] 較佳地，電阻R17的取值為溫度傳感器RTl測溫區(qū)間中點所對應的熱敏電阻值，從 而使該上位機122繪制出以該測溫區(qū)間中點為中心的最陡響應曲線。
[0034] 較佳地，電阻R17選用溫度系數(shù)小、性能穩(wěn)定的金屬膜電阻。
[0035] 較佳地，運算放大器U9A及運算放大器U9B選擇低溫漂、低噪聲的運算放大器，以 確保溫度測量模塊的穩(wěn)定性及精度。
[0036] 較佳地，通過調整該溫度測量模塊中各電阻的電阻值，使得輸出電壓Vout限定在 0伏至該數(shù)據(jù)采樣模塊121滿刻度值范圍內(nèi)。
[0037] 圖3是本發(fā)明一個實施例的壓力測量模塊的電路圖。該壓力測量模塊包括壓力傳 感器V01、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8