一种基于数字信号传输的消耗性海底底质特性探测及温度测量传感系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数字信号传输的消耗性海底底质特性探测及温度测量传感系统，主要包括自沉式电学探头等，自沉式电学探头通过探头发射单元发射，自沉式电学探头利用自重实现入水及水中下沉，下沉过程中自沉式电学探头采集加速度和温度信号并经过电光转化上传到甲板单元，甲板单元对原始数据进行实时处理、显示，并支持数据的存储以及回放。本发明专利技术采用加速度数据采集以及分析手段，通过高性能多轴加速度模块对探头自由下沉过程中的姿态参数进行监测；可实现发射及下沉过程中关键点的判断以及数据的连续采集，可得到探头的下沉速度以及不同时刻对应的下沉深度参数；可给出海底底质的沉积物类型定性判断；具有底质、温度以及深度多参数测量功能。

A Sensing System for Characteristic Detection and Temperature Measurement of Consumable Seabed Matter Based on Digital Signal Transmission

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字信号传输的消耗性海底底质特性探测及温度测量传感系统
本专利技术涉及消耗性海洋测量系统仪器的领域，具体涉及一种基于数字信号传输的消耗性海底底质特性探测及温度测量传感系统。
技术介绍
当前，对海洋温、盐、深等信息的快速获取及处理，更多地依赖相关海洋仪器设备，从操作使用的便利性、经济性以及费效比等方面来说，消耗性海洋仪器设备在其中扮演着重要的角色，如XBT系统、XCTD系统、XSV系统等，广泛应用于海洋温度、盐度及声速等参数的快速获取。消耗性海洋仪器相关产品和技术主要集中在美国，技术成熟，产品种类齐全，应用广泛；其他国家和地区也有同类产品，但多以专利授权的方式进行生产。国际上生产XBT系统(英文全称：ExpendableBathythermographsystem)的主要有美国、日本、意大利等国的多家公司。有代表性的是美国的LockheedMartin公司子公司Sippican的产品，广泛应用于海军反潜战、国际海洋科考等领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于数字信号传输的消耗性海底底质特性探测及温度测量传感系统。本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的：这种基于数字信号传输的消耗性海底底质特性探测及温度测量传感系统，主要包括自沉式电学探头、探头发射单元、甲板单元三个模块，自沉式电学探头通过探头发射单元发射，自沉式电学探头利用自重实现入水及水中下沉，下沉过程中自沉式电学探头采集加速度和温度信号并经过电光转化上传到甲板单元，甲板单元对原始数据进行实时处理、显示，并支持数据的存储以及回放；所述自沉式电学探头包括流线形探头导流罩、加速度传感模块、热敏电阻测温模块、供电模块、流线形探头导流头、内抽式快速释放漆包线圈A，流线形探头导流头内部通道中心安装热敏电阻测温模块，流线形探头导流头内部还安装加速度传感模块和供电模块，供电模块向加速度传感模块、热敏电阻测温模块同时供电，热敏电阻测温模块上方安装内抽式快速释放漆包线圈A，内抽式快速释放漆包线圈A外部套装流线形探头导流罩，流线形探头导流罩与流线形探头导流头构成流线形的纺锤结构。所述探头发射单元主要包括内抽式快速释放漆包线圈B外壳、拉环式定位销、发射筒外壳、发射单元前端盖、探头序列号标签、定位销紧固螺母、内抽式快速释放漆包线圈B、内插拔式电学法兰、法兰固定平台，发射单元前端盖上方连接发射筒外壳，发射筒外壳内部安装自沉式电学探头，发射筒外壳外侧一边设有探头序列号标签，发射筒外壳上端设有相互配合的拉环式定位销和定位销紧固螺母以固定内部的自沉式电学探头，发射筒外壳顶部连接内抽式快速释放漆包线圈B外壳，内抽式快速释放漆包线圈B外壳内安装内抽式快速释放漆包线圈B，内抽式快速释放漆包线圈B外壳上方安装中心连接有内插拔式电学法兰的法兰固定平台。所述甲板单元包括加速度和温度信号解析模块、导航及定位模块、信号综合处理模块、数据显示及控制模块，加速度和温度信号解析模块解调加速度传感模块和热敏电阻测温模块采集的信号并交由信号综合处理模块进行处理，得到相应的温度数据和加速度数据，通过相关算法对探头触底前的不同下沉阶段进行一次或二次时间积分，进而得到探头的不同时刻的速度和深度数据，结合温度的时空数据，给出海洋的温深剖面曲线，并通过数据显示及控制模块进行温度数据或温度剖面曲线显示。所述加速度传感模块负责探头发射及下沉过程中关键点加速度信号采集，加速度传感模块同时采集热敏电阻测温模块的温度信号，加速度信号和温度信号进行电光信号转换后通过内抽式快速释放漆包线圈A将光信号上传。所述加速度传感模块、热敏电阻测温模块根据测试需要复用集成电学盐度计、电学深度计等不同种类的传感器拓展探头功能，此时加速度和温度信号解析模块增加相应的解调模块。所述流线形探头导流罩外部末端部分具有导流的尾翼，尾翼末端具有一定面积、一定大小和方向的弯角。所述内抽式快速释放漆包线圈A和内抽式快速释放漆包线圈B均采用内抽式设计，在漆包线释放时释放掉绕制过程中累计的扭矩以防止漆包线扭结在一起，并且两者同时放纤以防止漆包线张力过大影响探头姿态或者扯断漆包线，内抽式快速释放漆包线圈A的长度由测试海深决定，内抽式快速释放漆包线圈B的长度由探头投放平台航速决定。所述自沉式电学探头外形设计、内部结构设计以及探头重心分布设计对应着一定的恒定下沉速度。所述探头发射单元具有手持式和固定式两种，甲板单元分为便携式和固定式两种，甲板单元的四个功能模块集成在一起。所述加速度和温度信号数据通过数字信号进行传输。系统自动采集探头序列号标签给出的探头参数信息以及导航及定位模块给出的经纬度信息，自动生成包含探头序列号、投放经纬度、投放时间以及加速度和温度等信息的时空数据文件。本专利技术的有益效果为：本专利技术采用加速度数据采集以及分析手段，通过高性能多轴加速度模块对探头自由下沉过程中的包括探头不同下沉阶段的加速度、探头相对于竖直方向的倾角以及探头的自旋状态等姿态参数进行监测；加速度采集频率从几十Hz到几KHz不等，可依据探头的下沉速度以及算法需要进行优选；可实现发射过程及探头下沉过程中关键点、过渡点的判断以及加速度数据的连续采集，采用相关积分算法对加速度进行时空积分，可得到探头的下沉速度以及不同时刻对应的下沉深度参数，使得深度计算定量因素增强，测量更加精确；可根据探头触底撞击时采集的加速度数据，进行数据反演，并根据反演结果给出海底底质的沉积物类型定性判断；系统量程一般在1000米以下分布，构成不同深度的系列产品，和基于光信号传输的海底底质特性探测及温度测量传感系统构成量程高(1000米以上)、低搭配的消耗性产品系列；系统具有底质、温度以及深度多参数测量功能，尤其海洋底质探测功能，是抛弃式海洋仪器设备领域的的重要创新，在海洋考察领域具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术的构成及工作流程示意图。图2为本专利技术的自沉式电学探头结构示意图。图3为本专利技术的探头发射单元结构示意图。图4为本专利技术的甲板单元构成及工作流程示意图。附图标记说明：自沉式电学探头1、流线形探头导流罩2、加速度传感模块3、热敏电阻测温模块4、供电模块5、流线形探头导流头6、内抽式快速释放漆包线圈A7、探头发射单元8、抽式快速释放漆包线圈B外壳9、拉环式定位销10、发射筒外壳11、发射单元前端盖12、探头序列号标签13、定位销紧固螺母14、内抽式快速释放漆包线圈B15、内插拔式电学法兰16、法兰固定平台17、甲板单元18、加速度和温度信号解析模块19、导航及定位模块20、信号综合处理模块21、数据显示及控制模块22、尾翼23。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做详细的介绍：实施例：如附图所示，这种基于数字信号传输的消耗性海底底质特性探测及温度测量传感系统，主要包括自沉式电学探头1、探头发射单元8、甲板单元18三个模块，自沉式电学探头1通过探头发射单元8发射，自沉式电学探头1利用自重实现入水及水中下沉，下沉过程中自沉式电学探头1采集加速度和温度信号并经过电光转化上传到甲板单元18，甲板单元18对原始数据进行实时处理、显示，并支持数据的存储以及回放。自沉式电学探头1包括流线形探头导流罩2、加速度传感模块3、热敏电阻测温模块4、供电模块5、流线形探头导流头6、内抽式快速释放漆包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数字信号传输的消耗性海底底质特性探测及温度测量传感系统，其特征在于：主要包括自沉式电学探头(1)、探头发射单元(8)、甲板单元(18)三个模块，自沉式电学探头(1)通过探头发射单元(8)发射，自沉式电学探头(1)利用自重实现入水及水中下沉，下沉过程中自沉式电学探头(1)采集加速度和温度信号并经过电光转化上传到甲板单元(18)，甲板单元(18)对原始数据进行实时处理、显示，并支持数据的存储以及回放；所述自沉式电学探头(1)包括流线形探头导流罩(2)、加速度传感模块(3)、热敏电阻测温模块(4)、供电模块(5)、流线形探头导流头(6)、内抽式快速释放漆包线圈A(7)，流线形探头导流头(6)内部通道中心安装热敏电阻测温模块(4)，流线形探头导流头(6)内部还安装加速度传感模块(3)和供电模块(5)，供电模块(5)向加速度传感模块(3)、热敏电阻测温模块(4)同时供电，热敏电阻测温模块(4)上方安装内抽式快速释放漆包线圈A(7)，内抽式快速释放漆包线圈A(7)外部套装流线形探头导流罩(2)，流线形探头导流罩(2)与流线形探头导流头(6)构成流线形的纺锤结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字信号传输的消耗性海底底质特性探测及温度测量传感系统，其特征在于：主要包括自沉式电学探头(1)、探头发射单元(8)、甲板单元(18)三个模块，自沉式电学探头(1)通过探头发射单元(8)发射，自沉式电学探头(1)利用自重实现入水及水中下沉，下沉过程中自沉式电学探头(1)采集加速度和温度信号并经过电光转化上传到甲板单元(18)，甲板单元(18)对原始数据进行实时处理、显示，并支持数据的存储以及回放；所述自沉式电学探头(1)包括流线形探头导流罩(2)、加速度传感模块(3)、热敏电阻测温模块(4)、供电模块(5)、流线形探头导流头(6)、内抽式快速释放漆包线圈A(7)，流线形探头导流头(6)内部通道中心安装热敏电阻测温模块(4)，流线形探头导流头(6)内部还安装加速度传感模块(3)和供电模块(5)，供电模块(5)向加速度传感模块(3)、热敏电阻测温模块(4)同时供电，热敏电阻测温模块(4)上方安装内抽式快速释放漆包线圈A(7)，内抽式快速释放漆包线圈A(7)外部套装流线形探头导流罩(2)，流线形探头导流罩(2)与流线形探头导流头(6)构成流线形的纺锤结构。2.根据权利要求1所述的基于数字信号传输的消耗性海底底质特性探测及温度测量传感系统，其特征在于：所述探头发射单元(8)主要包括内抽式快速释放漆包线圈B外壳(9)、拉环式定位销(10)、发射筒外壳(11)、发射单元前端盖(12)、探头序列号标签(13)、定位销紧固螺母(14)、内抽式快速释放漆包线圈B(15)、内插拔式电学法兰(16)、法兰固定平台(17)，发射单元前端盖(12)上方连接发射筒外壳(11)，发射筒外壳(11)内部安装自沉式电学探头(1)，发射筒外壳(11)外侧一边设有探头序列号标签(13)，发射筒外壳(11)上端设有相互配合的拉环式定位销(10)和定位销紧固螺母(14)以固定内部的自沉式电学探头(1)，发射筒外壳(11)顶部连接内抽式快速释放漆包线圈B外壳(9)，内抽式快速释放漆包线圈B外壳(9)内安装内抽式快速释放漆包线圈B(15)，内抽式快速释放漆包线圈B外壳(9)上方安装中心连接有内插拔式电学法兰(16)的法兰固定平台(17)。3.根据权利要求1所述的基于数字信号传输的消耗性海底底质特性探测及温度测量传感系统，其特征在于：所述甲板单元(18)包括加速度和温度信号解析模块(19)、导航及定位模块(20)、信号综合处理模块(21)、数据显示及控制模块(22)，加速度和温...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑卫兵，何少灵，李海洋，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33