第4期
气象水文海洋仪器
2012年12月
Meteorological, Hydrological and Marine Instruments
Dec.2012
实时传输潜标平台中的深海海流观测系统设计
邓云,姜飞,张孝薇,高坤
(国家海洋技术中心,天津300112)
摘要:提出了一种利用潜标观刘平台、采用非接触式电磁耦合媺据传输技术对布置于深海的
RCM9、ADCP自容式海流
观测仪器进行长距离实时测控的设计方案;介绍了实时海流观测系
统的结构组成、硬件和软件流程设计。海上试验表明,该技术方案实现了对深海海流实时监控
的预期目标。
关键词:潜标;深海海流观;非接触式数据传输
中图分类号:P716+.21文献标识码:A文章编号:1006-009X(2012)04-0069-04
Real-time transmission for deep sea current data
in subsurface buoy platform
Deng Yun, Jiang Fei, Zhang Xiaowei, Gao Kun
(National Ocean Technology Center, Tianjin 300112)
Abstract: By means of the subsurface buoy platform, based on the technology of noncontact
electromagnetic induction data transmission, this paper puts forward the design scheme for real-time
monitoring RCM9/ADCP self-contained current meter in long distance. It also introduces the
composition, hardware design and software flow of deep sea current real-time monitoring system. The
sea trial shows that the design achieves the anticipative goal for real-time monitoring deep sea current.
Key words: subsurface buoy; deep sea current observation; noncontact data transmission
0引言
目的开展快速、准确、实时、大范围的海流测量已成
为海流观测体系发展的主要方向
海流作为海洋动力环境的重要参数,对全球气
以锚系潜标作为平台,悬挂自容式声学海流
候的变迁、海岸侵蚀、海洋工程的破坏、海洋生物的观测仪器设备对近海、深海海流进行定点长期观
迁徙等起着重要作用。因此,海洋流场测量一直是测,已在国内外海洋环境业务化监测、科学研究中
海洋科技工作者和海洋工程实施者所关注的焦点。大量应用,但所观测到的海流等海洋环境数据只
随着海洋科学研究的深入和海洋工程实施的大规能在潜标成功回收后获得,无法获得现场实时海
模开展,对海流测量的要求逐步提高。国家“十二流观测数据,更无法根据应急需要远程对海流进
五”海洋科学和技术发展规划纲要的重点任务里就行加密观测2。
明确提出了“围绕海洋公益服务事业需求,形成近
针对深海海流现场长期、实时、应急观测的需
海现场实时快速观测技术体系,拓展深远海的调求,结合现有实时传输潜标和RCM9、ADCP等主
査、观测能力…”。因此,针对测量对象、测量流自容式声学测量海流仪器设备的结构、工作特
收稿日期:2012-08-07
甚金项目:国家海洋局公益性行业科研专项(201005026)
作者简介:邓云(1978-),男,硕土研究生,高级工程师.主要从事海洋监测技术研究
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气象水文海洋仪器
Dec.2012
点4,,设计开发了非接触式数据传输系统(下简
称数传仪),以配合实时传输潜标控制系统实现?2硬件电路设计
深海海流的实时測控功能
实时海流观测系统主要由水下数据传輸仪
1系统组成
潜标主浮体内的中心控制系统、带信号耦合器的
系留塑包通信钢缆3部分组成。从硬件电路功能
和自容潜标系统观测海流时的设备配置
模块上划分,主要由实时数据传输模块、海流仪器
致),为了实现海流的实时观测,实际使用中,数据采集控制模块两大部分构成。
增加了数传仪连接自容式海流测量仪器整体联入
实时数据传输模块采用了具有自主知识产权
实时传输的潜标结构设计,如图1所示。
的非接触式感应耦合数据传输技术,开发出低
功耗、通信可靠性高的数据传输单元,用于和潜标
海面
卫星通信浮标
主浮体内的中心控制系统间进行双向实时可靠通
信。该模块由同步时钟、信号驱动单元电路、调制
解调电路、电源管理电路等组成。
主浮球
在海流仪器数据采集控制模块的设计上,充
转环
信号耦合器
分考虑了其接凵功能多样性和拓展性,通过调研
当前国内外使用的主流海流观测仪器设备的技术
CTD
状态后,结合现有潜标系统的工作模式,开发完成
CTD
系留塑包钢丝绳
了低功耗、高可靠性水下数据传输仪,该设备具有
CD
1路SR-10信号接口可与RCM9
海流计直连通
水密通信电缆
信、1路通用RS-232接口与ADCP直连通信,还
数传仪、1LRCM9ADCP
扩展了1路RS-485备份通信串口用以实现与其
1000m
转环组
玻璃球组
他自容式海洋环境观测设备的连接,实现其观测
数据的长距离实时传输。RS-232、RS-485通信串
转环组
释放器
口的硬件电路设计有很多范例,不在此赘述。下
卸扣
苗链
面仅介绍数据采控模块与RCM9及相应系列海
聚丙稀绳
流计通信所特殊设计的SR-10信号接电路以
锚链
1500m
筵抓力锚
及相应的数据采集软件实现方法。
海底?
RCM9多普勒声学海流似是挪威某公司的一
款高性能产品,也是目前世界上比较常用的一款
图1实时传输潜标平合
海流计结构安装
定点测量温度、电导率、深度、海流的多参数自容
图中,深海自容式声学测量
海流计(RCM9多式仪器,其利用自身观测的温度、电导率、深度测
普勒声学海流计/ADCP声学海流剖面仪)与数传量数据参与修正海沆测值,因此能得到非常高的
仪通过水密通信电缆连接,固定于潜标系留中的海流观测精度,工作时其周期测量数据存储在自
塑包钢缆底端;潜标主浮体中的中心控制系统连带内存内,由于不具备远距离数据传输的能力,故
接信号耦合器固定于塑包钢缆另一端。
只能在设备回收后,用户通过通信电缆下载其历
工作时,潜标主浮体中的数据控制系统在系史观测数据。通过设置,RCM9声学海流计可以
留塑包钢缆与海水构成的信号回路上与深海数传在每次完成数据采集后,由其自带的通信接口发
仪进行实时双向通信,远程监控数传仪的工作:读出此次实时采样的环境温度、电导率、深度、流速、
取自容式海流计的即时观测数据→转发数据至潜流向
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