UCTD系统及其关键技术介绍

海洋动力参量拖曳式剖面测量系统(Underway Conductivity-Temperature-Depth instrument,简称UCTD)是国外最新发展起来的一种高技术在航温盐剖面测量装置,其优势在于以较低的成本,给出高密度的海水温度、电导率剖面数据。文章首先介绍了UCTD的起源,而后以国家863"船载多参数拖曳式剖面测量系统技术"课题研制中的UCTD系统为对象,逐一介绍其系统构成、运行原理、关键技术,而后简要介绍了课题进展。     

CZT1-2型船载拖曳式多参数剖面测量系统走航测量性能检验及测量数据海上比测

船载拖曳式多参数剖面测量系统是测量温度、深度、浊度、溶解氧、p H和叶绿素等多种海洋环境要素,提供海洋环境信息的重要观测设备。通过对2011年8月在渤海开展的CZT1-2型船载拖曳式多参数剖面测量系统比测试验,研究了该国产设备在渤海海区的适用效果。结果表明,传感器定点比测试验中,温度、盐度等数据的相关系数较好,而硝酸盐、磷酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐和氨氮等营养盐的相对误差较大。在海试试验中,船载拖曳式多参数剖面测量系统经过了8 h试验,完成了预期的试验项目,拖体系统(含传感器)和甲板单元工作正常,具有良好的可靠性和环境适应性。本次海上比测试验为船载拖曳式多参数剖面测量系统进行改善、优化提供依据,为其产业化打下坚实的基础,并对海上试验提出了相应的改进建议。     

海洋上层高分辨率温度链观测系统设计

为满足海洋上层温度数据高分辨率实时观测需求,本文设计出一种成本低、体积小、精度高的温度链观测系统,可搭载于调查船、浮标等多种海洋观测平台,具备高分辨海表温度数据实时观测功能。本文介绍了温度链系统架构的整体设计,阐述了温度传感器的高精度测量原理与方法,采用RS-485通信方式并设计出一套适用于温度链的软件通信协议,通过标定、均一性测试、稳定性测试验证了传感器的测量性能,研制出总长200 m的温度链观测设备,设备带有10个测温节点,传感器节点初始测量精度优于±0.005℃,温度链采样间隔最短可达2.7 s。本温度链在我国南海进行了拖曳功能测试,试验结果表明：温度链海上作业通信稳定可靠,数据测量准确,满足海洋现场观测对数据高时效、高精度、低误码率的传输要求。     

光纤温深传感器在物理海洋的应用

光纤传感器技术已经在土木工程、航空航天、石油石化等方面得到应用,其温度、压力、流速传感日趋成熟,且具有本征绝缘、易于复用、远距离传输等优势,在物理海洋领域有较大的潜在应用。在先导专项的支持下,课题组完成了光纤温深传感器及其系统在海洋牧场遥测方面的实践应用,是光纤温度链在海洋养殖方面的应用创新,为现代海洋牧场的研制提供了技术支撑作用;课题组研制了船载拖曳温深链系统,并在北黄海和南海海域进行了温度跃层的快速高效海试应用,实时、连续、原位获取了水下温度剖面情况,该领域温度测量的首次试验应用,为物理海洋的科学研究提供了一种全新的快速、高时空密度的测量手段,将会推动物理海洋的科学研究和海洋仪器设备研发水平,具有一定的先导作用。     

海洋垂直剖面水温实时监测浮标系统研制与应用

为了实时、连续地监测獐子岛海洋牧场养殖区域不同深度的温度状况,为海洋牧场构建和运行提供数据支持,项目组自行研制了海洋垂直剖面水温实时监测浮标系统,可以在水深≤50 m、风速≤60m/s、波高≤15 m的环境下应用。该浮标系统主要包括水面浮标载体子系统和剖面链观测子系统两部分,浮标载体子系统提供了安全可靠的工作平台;而剖面链子系统上的不同位置挂有多个水下传感器,用于测量相应位置的海水温度。耐压试验、温度标定、室内拷机、现场比测、海上拷机的检定数据表明该系统无渗漏、误差小、数据接收率100%。海上运行18个月的结果同样表明,浮标系统运行稳定,数据采集和接收率高,浮标电压稳定。实践表明该浮标系统具有测温精度高、结构简单、使用方便的优点,具有广泛的应用前景。     

拖曳式剖面探测拖体系统构成及运动控制试验

拖曳式剖面探测拖体是一种能做波浪式轨迹运动的载体,可对海洋进行实时多参数剖面探测.阐述国内首台拖曳式剖面探测拖体的组成、功能及运动轨迹,并对运动轨迹控制进行实船试验研究.结果表明,拖曳式剖面探测拖体具有控制性能优良,实现传感器数据的实时采集.     

UCTD海上比测方法探讨

在海洋勘测工作中,对于海洋动力学参量--电导率、温度、深度的测量是最为基础和重要的监测内容.拖曳式温盐深剖面测量系统(Underway Conductivity Temperature Depth Measure System,简称UCTD)是最新发展起来的一种高技术走航CTD剖面测量装置.文中介绍了UCTD海上定点比...     

拖曳式声学多普勒海流剖面测流系统（DRAKE—ADCP）

声学多普勒海流剖面仪(ADCP)是一种能测量三维垂直剖面流的高效仪器。当它固定在调查船上时,得到的海流数据要受到表面波动、螺旋桨的噪音和船壳汲入的漩涡的影响.为此,日本科技人员设计了一种用拖曳式运载体承载ADCP的新系统来测流,以消除上述干扰.这种拖曳式运载体深度和转动可控,拖曳电缆长800m,运载体的长、宽、高分别为2、2、1.5m,重360kg,最大速度为12kn.现场试验表明;这一系统性能优良,测得的数据有良好的精确度。     

拖曳式多参数剖面测量系统水动力与控制性能研究述评

综述了拖曳式多参数剖面测量系统水动力学研究的最新进展。对拖曳缆绳、拖曳体以及将两者耦合起来所构成的整个系统水动力及控制理论进行述评,分析了各种理论的优缺点从中简要地描述了拖曳式多参数剖面测量系统水动力研究的发展概要。     

极区海冰温度剖面测量技术研究

极地环境要素的变化对全球气候变化起着关键作用,极区海冰结构及其性质,对全球热交换有着深刻影响.极区海冰温度链的研制,可以为实现长期极区海冰剖面温度观测平台研究提供关键的技术和手段.目前,国外用于海冰温度剖面测量的温度链已经成熟,而国内还没有相关成熟产品,因此,研制测量海冰温度剖面的温度链有其重要性和必要性.文中介绍了用于极区海冰温度剖面测量技术的研究成果.     

四种海水透明度现场测量方法的对比分析及发展趋势研究

随着海洋探测的不断发展,海水透明度作为海水光学性质的一个重要参量,也越来越受到人们的关注。文章对比分析了4种海水透明度现场测量方法:透明度盘法~([1])、光纤式高光谱剖面测量法~([2])、激光衰减测量法~([3])和基于双光路原理的海水IOPs高光谱测量法~([4]),主要分析了4种方法的测量原理,对比各自的优缺点,并提出了海水透明度测量未来发展设想。     

自研高精度pH传感器的标定、校正方法及其在海水原位观测中的应用

电化学方法是测量海水pH值的主要方法之一。针对自主研发的基于铱金属及其氧化物电极的pH传感器,建立了海水环境下仪器标定和数据校正的方法,并在近岸和大洋环境中进行了原位测试的应用。仪器标定包括：(1)依照海水pH分析的标度要求选取适当的标定缓冲试剂;(2)以标准海水替代常用的2-氨基吡啶(AMP)溶液制备标定缓冲体系。数据校正主要包括温度背景校正及误差校正。海区原位测试应用以及与其他同类仪器对比表明,标定体系差异带来的误差可达1.00 pH单位,数据校正可提升测试精度0.10～3.00 pH单位不等。仪器的标定与数据校正方法能有效提高该自研pH传感器的测量精度。     

一种基于滨海核电站海上γ辐射剂量率的智能化自动监测系统研究与设计

基于滨海核电站海上γ辐射剂量率的智能化自动监测系统是一种无人值守的辐射监测装备,可全天候、长时间、在线组网、连续自动测量水面和空气中的γ剂量率、获取水中γ能谱数据并进行核素识别和计算活度浓度,并实时地将监测数据通过无线通信链路和北斗短报文两种形式上传至地面数据服务中心。在非事故情况下,该系统是对核电厂监督性监测系统的重要补充和完善;在发生重大核安全事故或放射性物质泄漏的情况下,能够有效解决传统的派船巡测时方法不标准、数据不及时不连续、人员受照风险大、船只易受污染和行动代价高等问题;在恶劣的极端气象条件下,无人值守的自动监测系统能够为核电站提供实时有效的水体和空气中的γ剂量率、气象、海水温度等监测数据,有效地提升了核电站在极端气象条件下的监测能力,对滨海核电站整体的安全性和可靠性具有一定积极意义。     

叶绿素传感器海上应用影响因素研究进展

叶绿素浓度是衡量海洋浮游植物丰度的重要指标,快速准确地测定海水中的叶绿素含量,对于业务化监测和科学研究都具有重要的现实意义。基于活体荧光法的叶绿素传感器操作简便,可长期原位在线监测,能轻易获取大量实测数据,是当前海水叶绿素高精度测量手段的主要发展趋势。由于在海上应用时受到多种环境因素的影响,叶绿素传感器数据与实验室萃取法数值之间存在较大偏差。作者综述了科学界在浊度、光照、温度、盐度等海洋环境因素及藻类生理因素对叶绿素传感器测量的影响规律、影响机理和数据校正方法的研究进展,并对活体荧光法叶绿素传感器海上应用数据质量控制方法的研究思路进行了展望。     

三锚式浮标综合观测平台的研究和应用

在我国近海海域渔业活动频繁的情况下,为实现具有实时、连续、长期和稳定特征的近海海洋水体剖面观测,满足海洋科学研究对剖面水体数据的需求,通过借鉴目前我国近海广泛使用的10 m大型综合观测浮标的优点,在结构和稳性方面进一步优化,设计完成直径15 m的三锚式浮标综合观测平台,该平台通过在浮标中间预留中央透水井,使用绞车上下驱动多参数观测设备实现水体剖面的实时、连续、长期和稳定观测,并通过三锚式锚泊方式有效避免了剖面观测设备与固定锚系的缠绕问题,同时还具有智能判断、远程监控等功能,是一种新型的近海水体剖面观测平台。经过在我国东海海域一年的试验性观测表明,三锚式浮标综合观测平台整体运行效果良好,取得大量的水体剖面观测数据,在我国近海具有广泛的适用性。     

深海综合观测浮标研制及其在热带西太平洋的应用

目前尽管国内近海浮标实现了产品化，但深远海尚无定型可靠的深海综合观测浮标系统，基于此，中国科学院海洋研究所设计制作了深海综合观测浮标系统，其浮标体为柱台型结构，采用单点锚泊系留。整个系统主要由浮标体、系留子系统、观测子系统、数据采集处理控制子系统、通信子系统、供电子系统、检测子系统、安全报警子系统和岸基数据接收处理子系统等9部分组成。浮标系统通过搭载不同类型的传感器，实现对风速/风向、气温、相对湿度、气压、能见度、雨量、波浪、表层水温、表层盐度、表层溶解氧、表层叶绿素、表层浊度、剖面流速流向、剖面温盐深（最大深度可达1 000 m）、方位及浮标位置等要素进行实时观测，从而完成对海洋气象、水文和水质等要素的长期、连续、自动监测，并支持铱星和北斗等卫星通信方式，将观测数据实时的传输到岸基数据接收处理系统。近年来，深海综合观测浮标系统在热带西太平洋海域连续进行了4次海上应用，每次应用时间长达1 a。它提供了第一手的大洋上层和海气界面长时间序列的实时连续观测资料，促进了关于气候变化和深海大洋的研究工作。所研制的深海浮标达到目前国际同类产品（美国ATLAS浮标、日本TRITON浮标）的先进水平，并且在水下感应耦合传输等方面进行了创新，形成了自有特色。     

光纤光栅称重传感器在大型海上浮吊中的应用

为了实现大型海上浮吊臂架结构健康状态监测,开发了大型海上浮吊光纤光栅称重传感器系统,提出了光纤光栅称重传感器设计理论,建立了传感器设计框架。通过悬臂梁理论,借助于有限元分析软件,提出了悬臂梁和受压弹性体复合结构;通过温度补偿理论与对比,提出了滤波温度补偿方案;通过迟滞效应原理,提出了双光栅式迟滞效应消除方案。进行光纤光栅称重传感器性能实验、反复性实验和稳定实验,讨论了系统的性能和可行性。并将大型海上浮吊光纤光栅实时称重系统应用于实际工程项目,成功实现了大型海上浮吊负重状况监测。     

Study on visual control system of acoustic in situ measurement technology for survey of seafloor sediment

Abstract

A new kind of visual acoustic measurement system was developed to obtain the acoustic characteristics of seabed sediment and the working state of in situ measuring equipment in real time. The control unit of the system structure is mainly made up of the underwater control unit and the deck control unit. In comparison with similar traditional systems, the system can transmit the working video image, the measured acoustic data and the waveform synchronous from the underwater control equipment to the deck control unit through the connecting cable. Apart from self-contained in situ measurement, the working modes of it include visual online real-time control. In order to guarantee the stability and measurement precision of the video control system, the process control of in situ measurement was strictly tested in the experimental tank. In 2017, sea trials of the in situ measurement system was carried out in the South China Sea. In the process, data related to measurement, including the acoustic velocity and attenuation coefficient of the seabed sediment, were obtained as well. The results from sea trials show that the control process of the visual system is intuitive, reliable and accurate, and therefore it can be popularized and applied.