專利名稱：一種能快速獲取海水溫深剖面數據的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于海洋環境信息監測技術領域，具體涉及一種能快速獲取海水溫深 剖面數據的裝置。
背景技術：
海洋資源豐富，經濟利益和權益保障成為世界各國普遍關注的熱點。針對海洋勘 探、氣象監測、船舶導航、水面乃至水下航行器的任務保障等各方面事業的發展，迫切需要 加強對海洋相關區域進行長期、精準、及時的參數測量，進而獲得水文、水聲等物理環境參 數，為各類導航、探測(例如聲納、水下自主航行器)等設備的使用提供技術參數。獲取溫深剖面數據可以通過專門的儀器定點測量，也可以使用“拋棄式溫深探測 系統XBT”來測量，該系統的探頭為一次性使用設備，可在船舶走航的條件下使用，可以節省 船時。既可在正規海洋調查船上使用，也可在隨機商船(志愿船)上使用，具有很高的靈活 性，并獲得最大的經濟效益。由于成本低、使用靈活，可以在諸多海域使用，因此它也是對浮 標、潛標、UUV、AUV等水下探測手段的一種重要補充。現有裝置存在以下問題(1)產品用料不統一在產品所定義的技術指標條件下，溫度測量和校準采用的方 法和電路較復雜，涉及的高精度器件過多，造成調試過程復雜困難。每套產品在調試時使用 的器件值需要單獨確定，用料不統一，造成生產成本很高，生產效率較低。例如在探頭套筒 上有個電阻，用來補償由于產品各個環節和部件不一致性造成的誤差。由于它的存在，使得 各個產品的器件均不一致，生產成本增大，一致性也不易提高。(2)數據采集實時性差原系統采用的數據采集單元選用的芯片精度過高，造成數 據采集實時性較差、整體電路成本過高，生產過程中所需高檔儀器儀表過多，加工和生產難 度大。(3)功能簡單不具有數據采集任務管理功能、也沒有定位和操作提醒功能。用戶 操作時隨意性大，容易錯失時機和任務，造成測量空白和損失。實用新型內容本實用新型提供了一種能快速獲取海水溫深剖面數據的裝置，以解決現有技術存 在的產品用料不統一、數據采集實時性差和功能簡單的問題。為克服現有技術存在的問題，本實用新型所提供的技術方案是一種能快速獲取海水溫深剖面數據的裝置，包括拋棄式探頭組合、發射裝置，其特 征在于，還包括數據采集單元和數據接收顯示單元，A、拋棄式探頭組合包括套筒和高精度溫度傳感器，高精度溫度傳感器通過一根 細長的導線與套筒連接，用于數據傳輸；B、發射裝置包括承載支架、鎖緊機構、導線觸頭及接插器件組成，其中發射裝置 與套筒之間通過三個觸頭相連，再通過線纜與數據采集單元相連接，用于上傳數據；C、對傳感器信號進行采集和處理的數據采集單元包括接收數據的探頭接口、起信號調理放大作用的傳感器調理放大電路、起濾波作用的低通濾波電路、起采集電路校準 作用的校準電路、起模擬數字轉換作用的AD采集電路和起信號處理作用的DSP電路，所述 校準電路與探頭接口相接，探頭接口還依次接于傳感器調理放大電路、低通濾波電路、AD采 集電路和DSP電路，探頭接口還與DSP電路相接，通信電路將采集處理后的結果發送給數據 接收顯示單元；D、數據接收顯示單元包括北斗/GPS和計算機。上述計算機可以是臺式或筆記本式電腦。上述計算機可以是掌上電腦。更方便實用，操作簡單。本實用新型的有益效果是(1)產品用料統一大大提高了生產效率，例如通過數據采集單元上的校準電路來 補償由于產品各個環節和部件不一致性造成的誤差，使得電阻的阻值完全可以固定，并允 許有一定的誤差范圍。大大簡化了生產過程。通過該方法解決了產品用料不統一的問題。(2)數據采集實時性好實用新型中提出的數據采集單元在設計中采用了高速運 算放大器器件和16位AD，這些措施在保障精度的前提下提高了數據采集實時性。(3)功能完善系統增加了北斗/GPS地理信息定位功能和任務管理功能，使操作 者可以很方便地在操作前做好準備，使用后便于檢查確認。數據接收顯示終端選用掌上電 腦，可以更好地滿足海上作業的環境要求。
[0022]圖1本實用新型的整體連接示意圖[0023]圖2數據采集單元框圖；[0024]圖3數據接收顯示單元框圖；[0025]圖4傳感器調理放大電路圖；[0026]圖5AD采集電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細地說明一種能快速獲取海水溫深剖面數據的裝置，包括拋棄式探頭組合、發射裝置、數據 采集單元和數據接收顯示單元四大部分(1)拋棄式探頭組合參見圖1，本部分為公知技術。一般都包括套筒和高精度溫 度傳感器，高精度溫度傳感器與套筒之間通過一根細長的導線相連，用于數據傳輸。在本實用新型中，通過數據采集單元上的校準電路來完成上電自檢和校準功能， 使得該電阻的阻值完全可以固定，并允許有一定的誤差范圍，大大簡化了生產過程。通過該 方法解決了產品用料不統一的問題。在本實用新型中，采用穩定性好、環境適應性強的設計思路，優選精度適中且滿足 要求的器件，一方面解決原材料器件成本問題，另一方面解決生產過程中的調試問題，不需 要每套產品單獨調試，而是通過自校準方式解決精度問題。所有產品可通用一套器件值。極 大地提高了生產效率和成本。(2)發射裝置參見圖1，本部分為公知技術，主要由承載支架、鎖緊機構、導線觸頭及接插器件組成。其中發射裝置與套筒之間通過三個觸頭相連，再通過線纜與數據采集 單元相連接，用于上傳數據。(3)數據采集單元對傳感器信號進行采集和處理的數據采集單元包括接收數 據的探頭接口、起信號調理放大作用的傳感器調理放大電路、起濾波作用的低通濾波電路、 起采集電路校準作用的校準電路、起模擬數字轉換作用的AD采集電路、起信號處理作用的 DSP電路，所述校準電路與探頭接口相接，探頭接口還依次接于傳感器調理放大電路、低通 濾波電路、AD采集電路和DSP電路，探頭接口還與DSP電路相接，通信電路將采集處理后的 結果發送給數據接收顯示單元。參見圖2，本實用新型設計了其中的傳感器調理電路和AD采集電路，其它的電路 采用常見的電路即可。①如圖4所示，傳感器調理電路由4個運算放大器和一些電阻組成。其中R1=R6=R 組成電橋的兩個臂，電阻R16、電阻R17、電阻R18和電阻R2tl組成電橋的一個臂，電阻R16、電阻 R17和電阻R19組成電橋的第四個臂。工作原理是在設計中有三個電阻的變化量，分別為兩根漆包導線、海水電阻。海 水的溫度變化會導致漆包線電阻的變化。必須消除這個變化對溫度測量的影響。我們采取 的措施是(1)把兩根漆包導線放在一個封裝之內，以使其所處的溫度環境是一樣的，也就 是其電阻的變化量是一樣，這樣就可以互補；(2)采用橋測量電路，抵消掉兩根漆包線的電 阻變化，使其電阻變化不影響熱敏電阻的電阻變化。海水的電阻也是會改變的，隨著溫度的 改變其變化量從20 — 50歐姆(但是海水電阻跟海水的深度沒有關系)。我們在設計后端調 理放大電路時必須使這三個變化量不影響熱敏電阻的電阻變化量，即使的調理放大電路的 輸出電壓只與熱敏電阻的電阻值有關。設參考源提供的電壓為2E,，運算放大器A2的放大倍數為2，2點的電壓為 E2=IR17+IR19+IR16,則A2的輸出電壓為2E2 ；選擇合適的電阻值R2和R3使1點的電壓為E1= IR17+IR18+IR16+IR20=Er+E2,即IR20=Er ；3點的電壓E3= Er+E2+IR ；選擇合適的阻值使4點的電 SE4=E2+IR;選擇合適的阻值使E。=IR-Er。這樣調理放大電路的輸出為E。= IR-Er =IR- IR20, 輸出與電阻R16、電阻R17、電阻R18和電阻R19無關，只與熱敏電阻的電阻R2tl有關。②如圖5所示，AD采集電路由AD轉換芯片，參考時鐘，外部的電阻電容組成。其 中，參考晶體提供的參考時鐘經過一個非門后為AD轉換芯片提供主參考時鐘。AD轉換芯片 外部的電容用來為旁路各路電源中的高頻雜波。AD轉換芯片的數據輸出接口和控制接口接 到DSP芯片。A/D的采樣速率為50KHz。(4)參見圖3，數據接收顯示單元包括北斗/GPS，計算機(臺式、筆記本式或掌上 電腦式)，推薦使用掌上電腦。在系統使用前，由用戶將測量任務通過電腦的輸入設備輸入 系統中。操作過程中，系統根據獲得的地理位置信息，為用戶提供指示信息，提示進行試驗 測量。當接收到數據采集單元的數據后，數據接收顯示單元經過相關分析處理，繪制出海水 溫度-深度曲線圖，同時進行數據存儲和歸檔。通過以上方法，解決了數據采集任務管理、 定位和操作提醒的技術需求。數據接收顯示單元是整個系統的用戶界面，由一部工業級掌上電腦構成，為了防 水，可選用美國Trimble公司的掌上電腦產品，它可以配備GPS模塊，也可通過串口配備北 斗定位單元。采用觸摸屏，能夠進行數據的存儲處理和綜合顯示及管理功能。該掌上電腦具有串口、網口，能夠滿足防潮、防震等環境方面的要求。采用鋰電池供電，連續工作時間高 于3小時。具有閃存保護模式，防止數據意外丟失。該單元中設計任務輸入功能和提示報 警功能。當操作人員出航前，可以通過用戶界面輸入需要測量的各個位置的經緯度信息，當 航行到距離測量點一定距離范圍內時，電腦發出聲音信息，報警提示操作。
權利要求一種能快速獲取海水溫深剖面數據的裝置，包括拋棄式探頭組合和發射裝置，其特征在于還包括數據采集單元和數據接收顯示單元，A、拋棄式探頭組合包括套筒和高精度溫度傳感器，高精度溫度傳感器通過一根細長的導線與套筒連接，用于數據傳輸；B、發射裝置包括承載支架、鎖緊機構、導線觸頭及接插器件組成，其中發射裝置與套筒之間通過三個觸頭相連，再通過線纜與數據采集單元相連接，用于上傳數據；C、對傳感器信號進行采集和處理的數據采集單元包括接收數據的探頭接口、起信號調理放大作用的傳感器調理放大電路、起濾波作用的低通濾波電路、起采集電路校準作用的校準電路、起模擬數字轉換作用的AD采集電路、起信號處理作用的DSP電路，所述校準電路與探頭接口相接，探頭接口還依次接于傳感器調理放大電路、低通濾波電路、AD采集電路和DSP電路，探頭接口還與DSP電路相接，通信電路將采集處理后的結果發送給數據接收顯示單元；D、數據接收顯示單元包括北斗/GPS和計算機。
2.如權利要求1所述的一種能快速獲取海水溫深剖面數據的裝置，其特征在于所述 計算機是臺式或筆記本式電腦。
3.如權利要求1所述的一種能快速獲取海水溫深剖面數據的裝置，其特征在于所述 計算機是掌上電腦。
專利摘要本實用新型屬于海洋環境信息監測技術領域，具體涉及一種能快速獲取海水溫深剖面數據的裝置。本實用新型要解決現有技術存在的產品用料不統一、數據采集實時性差和功能簡單的問題。為克服現有技術存在的問題，本實用新型的技術方案是一種能快速獲取海水溫深剖面數據的裝置，包括拋棄式探頭組合、發射裝置，其特征在于，還包括數據采集單元和數據接收顯示單元，其中對傳感器信號進行采集和處理的數據采集單元包括接收數據的探頭接口、起信號調理放大作用的傳感器調理放大電路、起濾波作用的低通濾波電路、起采集電路校準作用的校準電路、起模擬數字轉換作用的AD采集電路和起信號處理作用的DSP電路。
文檔編號G01K7/22GK201724759SQ20102022374
公開日2011年1月26日 申請日期2010年6月12日 優先權日2010年6月12日
發明者李凱, 郝宗杰, 高風波 申請人:西安天和防務技術股份有限公司