基于组合式高精度测温电缆的海洋温深剖面探测系统技术方案

本发明专利技术属于海洋温深剖面探测技术领域，具体涉及一种基于组合式高精度测温电缆的海洋温深剖面探测系统。该系统主要包括依次连接通信的浮标单元，测温电缆单元和锚系单元；浮标单元包括浮标体和固定设置于浮标体内的系统控制模块；测温电缆单元由多个测温单节首尾依次串联构成；锚系单元包括锚体，锚体为带有空腔并密封的金属体，在空腔内设置电源模块和电池。本发明专利技术系统基于浮标技术，采用组合式水下测温电缆，可灵活机动地单点、多点布放于各种不同深度的海域，通过测温电缆上各个不同位置的温度传感器得到不同深度的海洋温度，实现对特定海域多点、不同海深温度数据的精确、实时、长期监测，其成本低廉，易于实施，测温精度高，可靠性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于海洋温深剖面探测
，具体涉及一种基于组合式高精度测温电缆的海洋温深剖面探测系统。
技术介绍
声波是目前远距离海洋资源勘探、目标探测的唯一有效手段。影响声波传播的主要因素是海水温度、盐度和压强(深度)等，其中温度的变化对声速的影响最大。由于海水介质中温度、盐度分布的不均匀，会造成声速的分布的不均匀，从而形成海洋中的声速梯度，进而影响各类声测量设备的准确性。因此，水下温深剖面数据对环境信息获取、水下作战具有十分重要的军事价值。目前，监测获取海水温度信息的手段各种各样，如浮标，岸基监测站，海上固定平台，志愿船等等。仪器包括XBT，XCTD等等。但是现有海水温度测量装置存在精度低，可靠性差，体积大、成本高，不便于携带，不能长时间监测等诸多问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于组合式高精度测温电缆的海洋温深剖面探测系统，解决现有海水温度测量装置存在的精度低、可靠性差、体积大、成本高、不便于携带、不能长时间监测等诸多问题。为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：包括依次连接通信的浮标单元，测温电缆单元和锚系单元；所述的浮标单元包括浮标体和固定设置于浮标体内的系统控制模块，系统控制模块包括单片机最小系统和与单片机最小系统连接的卫星通信模块；测温电缆单元由多个测温单节首尾依次串联构成，每个测温单节均为独立的子系统，包括电缆，在电缆上接入上串联接口、数据采集模块、温度传感器阵列、多个压力传感器和向下串联接口，最顶端测温单节的上串联接口与浮标单元连接；所述的锚系单元包括锚体，锚体为带有空腔并密封的金属体，在空腔内设置电源模块和电池，锚体上端设置有测温电缆单元密封接口，锚系单元通过测温电缆单元密封接口与最末端测温单节的向下串联接口连接。所述的单片机最小系统包括MSP430单片机、JTAG接口、RS485接口、RS232接口、电源转换电路、复位电路和外部晶振；所述的卫星通信模块为北斗通信RDSS/RNSS/B1短报文一体机模块，北斗通信RDSS/RNSS/B1短报文一体机模块通过RS232接口与MSP430单片机连接通信。所述的数据采集模块设置在测温单节的电缆上端，数据采集模块包括MSP430单片机、JTAG接口、RS485接口、复位电路、单总线驱动电路、电源转换电路和外部晶振；所述的温度传感器阵列包括多个等间隔固定设置在电缆上的DS18B20数字温度传感器；所述的压力传感器为带有RS485接口的数字压力传感器，设置数目为两个，两个压力传感器分别设置于电缆的上端和末端，两个压力传感器分别与温度传感器阵列中最上端和最下端的DS18B20数字温度传感器等高。所述的锚体为上边长20cm，下边长40cm，斜边长50cm的密封钢结构四棱台结构，电源模块包括降压型DC/DC开关电源芯片，输出电压为3.3V和5V，电池为12V、100Ah锂电池。所述的电缆包括缆芯和包覆缆芯的硅胶线保护层，缆芯由6对双绞线构成，6对双绞线之间设置有加强筋。基于该系统的海洋温深剖面探测步骤如下：步骤一：搭建测试系统根据海深，选择N个测温单节组成测温电缆单元，按照浮标单元、测温电缆单元和锚系单元的顺序连接测试系统，锚系单元投放沉海，浮标单元上浮，锚系单元和浮标单元将测温电缆单元拉直固定；步骤二：原始数据采集各段测温单节的数据采集模块在系统控制模块的控制下进入工作状态，系统控制模块每个周期T向各个测温单节发出一次采集数据的指令，各个测温单节上的温度传感器阵列和压力传感器完成不同海深的温度数据采集，等时间间隔采集n次，各个数据采集模块分别将该段测温单节的温度深度数据按照该段测温单节编号上传至系统控制模块中；步骤三：采集数据处理系统控制模块首先根据各段测温单节的深度信息计算得到每个温度传感器的深度信息，按照测温单节设计时预先实验得到的各个温度传感器对应的校准函数，得到该测温单节不同深度处的精确温度数据，系统控制模块将接收的不同测温单节的多个温度数据保存并求平均，通过卫星通信模块将压缩处理后的温度数据发送到岸基监控中心，岸基监控中心采用插值算法或者模型得到该片海域实时变化的海洋温深剖面信息。在同一片海域按照步骤一所述方法布设多组测试系统，协同组网采集温度深度数据，汇总温度深度数据到岸基监控中心。所述步骤二中，最末端、即第N号测温单节将自身采集的温度深度数据上传到自己上邻的第N-1号测温单节的数据采集模块中，第N-1号测温单节的数据采集模块将自身的温度深度数据与第N号测温单节的温度深度数据合并上传到第N-2号测温单节的数据采集模块中，以此类推，将所有测温单节的温度深度数据合并至最上端、即第1号测温单节的数据采集模块中，最后将所有测温单节的温度深度数据上传至系统控制模块中；系统控制模块下达采集数据指令与上述过程相反。本专利技术的有益效果：1.本专利技术系统基于浮标技术，采用组合式水下测温电缆，可灵活机动地单点、多点布放于各种不同深度的海域，通过测温电缆上各个不同位置的温度传感器得到不同深度的海洋温度，结合数据拟合算法对传感器温度数据进行矫正，使测温精度≤0.1℃，由此实现对特定海域多点、不同海深温度数据的精确、实时、长期监测，该探测系统成本低廉，易于实施，测温精度高，可靠性好。2.本专利技术通过卫星通信模块实现温度数据的实时回传，结合射线声学理论，实现对海洋声传播特性的精确分析，可以极大程度的优化声呐等水声探测设备的探测可靠性和精度。附图说明图1是本专利技术探测系统的整体结构示意图；图2是本专利技术多组测温单节的串接原理框图；图3是本专利技术一个测温单节的内部结构示意图；图4是本专利技术系统控制模块的电路原理框图；图5是本专利技术数据采集模块的电路原理框图；图中，1-浮标单元，2-测温电缆单元，3-锚系单元，4-浮标体，5-卫星通信模块，6-每个测温单节，7-单片机最小系统，8-锚体，9-电源模块，10-电池。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步的说明：参照图1-图5所示的基于组合式高精度测温电缆的海洋温深剖面探测系统，包括依次连接通信的浮标单元1，测温电缆单元2和锚系单元3；浮标单元1漂浮于海面上，整体采用橡胶塑料进行水密处理，保证系统的浮力和水密性，为整个系统提供浮力，同时控制整个系统工作，完成测温电缆单元2采集温度数据的处理，与岸基监测中心完成数据通信。浮标单元1包括浮标体4和固定设置于浮标体4内的系统控制模块，系统控制模块包括单片机最小系统7和与单片机最小系统7连接的卫星通信模块5；单片机最小系统7包括MSP430单片机、JTAG接口、RS485接口、RS232接口、电源转换电路、复位电路和外部晶振；MSP430单片机具有高速、低功耗、抗干扰性强、输入输出接口丰富等特点，MSP430单片机搭建的单片机最小系统7具备上电复位以及看门狗复位功能，能有效避免程序运行过程中跑飞导致的系统死机。卫星通信模块5为北斗通信RDSS/RNSS/B1短报文一体机模块，该模块集成了RDSS射频收发芯片、功放芯片、基带电路等，模块可选内置RNSS&GPS模块，可以实现RDSS&GPS&RNSS同时工作，集成度高、功耗低、兼容接收RDSS、RNSS/GPS卫星导航信号，具有定位精度好、灵敏度度高等优点，充分满足系统卫星通信和定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于组合式高精度测温电缆的海洋温深剖面探测系统，其特征在于：包括依次连接通信的浮标单元（1），测温电缆单元（2）和锚系单元（3）；所述的浮标单元包括浮标体（4）和固定设置于浮标体（4）内的系统控制模块，系统控制模块包括单片机最小系统（7）和与单片机最小系统（7）连接的卫星通信模块（5）；测温电缆单元（2）由多个测温单节（6）首尾依次串联构成，每个测温单节（6）均为独立的子系统，包括电缆，在电缆上接入上串联接口、数据采集模块、温度传感器阵列、多个压力传感器和向下串联接口，最顶端测温单节的上串联接口与浮标单元连接；所述的锚系单元（3）包括锚体（8），锚体（8）为带有空腔并密封的金属体，在空腔内设置电源模块（9）和电池（10），锚体（8）上端设置有测温电缆单元密封接口，锚系单元（3）通过测温电缆单元密封接口与最末端测温单节（6）的向下串联接口连接。

【技术特征摘要】
1.基于组合式高精度测温电缆的海洋温深剖面探测系统，其特征在于：包括依次连接通信的浮标单元（1），测温电缆单元（2）和锚系单元（3）；所述的浮标单元包括浮标体（4）和固定设置于浮标体（4）内的系统控制模块，系统控制模块包括单片机最小系统（7）和与单片机最小系统（7）连接的卫星通信模块（5）；测温电缆单元（2）由多个测温单节（6）首尾依次串联构成，每个测温单节（6）均为独立的子系统，包括电缆，在电缆上接入上串联接口、数据采集模块、温度传感器阵列、多个压力传感器和向下串联接口，最顶端测温单节的上串联接口与浮标单元连接；所述的锚系单元（3）包括锚体（8），锚体（8）为带有空腔并密封的金属体，在空腔内设置电源模块（9）和电池（10），锚体（8）上端设置有测温电缆单元密封接口，锚系单元（3）通过测温电缆单元密封接口与最末端测温单节（6）的向下串联接口连接。2.根据权利要求1所述的基于组合式高精度测温电缆的海洋温深剖面探测系统，其特征在于：所述的单片机最小系统（7）包括MSP430单片机、JTAG接口、RS485接口、RS232接口、电源转换电路、复位电路和外部晶振；所述的卫星通信模块（5）为北斗通信RDSS/RNSS/B1短报文一体机模块，北斗通信RDSS/RNSS/B1短报文一体机模块通过RS232接口与MSP430单片机连接通信。3.根据权利要求1或2所述的基于组合式高精度测温电缆的海洋温深剖面探测系统，其特征在于：所述的数据采集模块设置在测温单节（6）的电缆上端，数据采集模块包括MSP430单片机、JTAG接口、RS485接口、复位电路、单总线驱动电路、电源转换电路和外部晶振；所述的温度传感器阵列包括多个等间隔固定设置在电缆上的DS18B20数字温度传感器；所述的压力传感器为带有RS485接口的数字压力传感器，设置数目为两个，两个压力传感器分别设置于电缆的上端和末端，两个压力传感器分别与温度传感器阵列中最上端和最下端的DS18B20数字温度传感器等高。4.根据权利要求3所述的基于组合式高精度测温电缆的海洋温深剖面探测系统，其特征在于：所述的锚体（8）为上边长20cm，下边长40cm，斜边长50cm的密封钢结构四棱台结构，电源模块（9）包括降压型DC/DC开关电源芯片，输出电压为3.3V和5V，电池（10）为12V、100Ah锂电池。5.根据权利要求1所述的一种基于组合式高精度测温电缆的海洋...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建峰，祁文涛，陈兴，项彬，崔沁青，闫青丽，韩宏帅，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61