一种投弃式海流剖面仪测试标定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种投弃式海流剖面仪测试标定装置及方法，属于海洋流速测量技术领域，该装置包括海洋模拟电场装置和激励信号发生装置，海洋模拟电场装置包括装有海水的塑料槽体和顶端盖，塑料槽体内竖直固定有投弃式海流剖面仪探头，海水的高度大于探头上两个电极的高度，塑料槽体内顶部设有电磁屏蔽网格罩，塑料槽体相对的两侧壁开设有激励信号接口，塑料槽体内与两个激励信号接口相对应的位置分别设有一块导电铜板，两块导电铜板部分浸没在海水中，两块导电铜板之间形成电场。通过本发明专利技术装置以及方法在投弃式海流剖面仪整机海试之前对其测量精度以及性能进行测试，同时利用提出的标定方法可以对实际海试结果进行标定以及修正。及修正。及修正。

【技术实现步骤摘要】
一种投弃式海流剖面仪测试标定装置及方法


[0001]本专利技术涉及海洋流速测量
，具体涉及一种投弃式海流剖面仪测试标定装置及方法。

技术介绍

[0002]投弃式海流电场剖面仪（eXpendable Current Profiler, XCP），是一种一次性海洋环境测量剖面仪，可以迅速获取海流剖面信息。由于其成本较低、操作方便快捷、测量具有实时性等优点，广泛应用于海洋调查及海洋动力环境研究等方面。
[0003]海水在大规模流动过程中会切割地磁场磁力线进而产生感应电动势和感应电流。XCP传感器便是通过其两个电极以及同轴的线圈来对海流信号进行感应的，通过对电极信号以及线圈信号的分析与处理，进而得到海流速度的大小以及方向。目前已经在投弃式海流测量进行了相关研究并取得一定的研究成果。但由于没有一套完整的XCP测试标定的装置以及方法，在实际海试测量之前无法进行其性能测试以及相关参数的标定，这就导致了XCP实际海试测量的成本较高，测量效率较低。因此本专利技术提出的针对XCP的测试标定装置以及方法很好的解决了这一问题。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种投弃式海流剖面仪测试标定装置及方法，设计合理，解决了现有技术的不足，具有良好的效果。
[0005]为了实现专利技术目的1，采用以下技术方案：一种投弃式海流剖面仪测试标定装置，包括海洋模拟电场装置和激励信号发生装置，所述激励信号发生装置包括电源供电模块、信号产生模块、信号调节模块以及信号显示模块；所述海洋模拟电场装置包括装有海水的塑料槽体和顶端盖，所述塑料槽体内竖直固定有投弃式海流剖面仪探头，海水的高度大于探头上两个电极的高度，塑料槽体内顶部设有电磁屏蔽网格罩，塑料槽体相对的两侧壁设有激励信号接口，塑料槽体内与两个激励信号接口相对应的位置分别设有一块导电铜板，两块导电铜板部分浸没在海水中，两块导电铜板之间形成电场。
[0006]进一步地，所述顶端盖和电磁屏蔽网格罩上开设有数据线出口，探头底部连接有数据线，数据线从数据线出口伸出。
[0007]进一步地，所述塑料槽体和顶端盖采用POM塑料制成，在塑料槽体的外表面粘贴有吸波材料吸波材料铁硅铝。
[0008]进一步地，所述激励信号接口采用BNC接口，所述激励信号发生装置中的信号调节模块通过BNC接口与导电铜板连接。
[0009]进一步地，所述电源供电模块用于将220V交流电压转成5V直流电压和将5V直流电压转换成
±
5V直流电压；所述信号产生模块用于通过EL4451CN可变增益放大器产生高纯度
的正弦信号；所述信号调节模块用于调整信号输出频率的大小和调整信号电压幅值的大小；所述信号显示模块用于将输出的模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号送入到单片机中，所述单片机对该数字信号的幅值和大小进行计算，并利用LCD液晶显示屏将幅值和大小进行实时的显示。
[0010]进一步地，所述信号产生模块还包括电阻R1
‑
R3和R6，可调节电阻R4、电容C1
‑
C4、二极管D1和D2、可调节电感L，EL4451CN的Vin+端连接R1的第一端和C4的第一端，R1的第二端接地，C4的第二端连接L的第一端，L的第二端连接L的调节端、EL4451CN的V
OUT
端、R2的第一端和EL4451CN的FB端，R2的第二端连接D2的正极，D2的负极连接C3的第一端、R3的第一端和EL4451CN的Vgain
‑
端，C3的第二端接地，R3的第二端连接
‑
5V电源；EL4451CN的Vgain+端连接R6的第一端和R5的第一端，R6的第二端连接+5V电源，R5的第二端连接R4的第一端和D1的负极，D1的正极接地，R4的第二端连接R4的调节端和
‑
5V电源。
[0011]为了实现专利技术目的2，采用以下技术方案：一种投弃式海流剖面仪测试标定方法，采用如上所述的一种投弃式海流剖面仪测试标定装置，包括以下步骤：S1、根据海水中流速与其产生的感应电动势之间的关系，得到最小感应电动势，为激励信号的幅值提供参考依据；S2、对激励信号发生装置进行上电，观察LCD液晶显示屏显示的激励信号的电压频率和幅值，通过频率调节按钮使激励信号的电压频率等于投弃式海流剖面仪探头的旋转频率，通过幅值调节按钮使激励信号的电压幅值大于等于S1中的最小感应电动势；S3、将激励信号发生装置与海洋模拟电场装置连接，通过不断改变激励信号的电压幅值，记录探头测得的实际电场值，实际电场值指两个XCP探头上的电极之间的电场值，对激励信号的电压幅值和实际电场值进行拟合分析，得到线性拟合公式；S4、通过拟合公式对海水流速进行标定校正。
[0012]进一步地，在S1中，海水中流速与其产生的感应电动势之间的关系为：；其中，为海水流速，是实际海试区域的地磁场垂直分量，是影响系数，是海水产生的感应电动势，是探头上两个电极之间的水平距离；目前投弃式海流剖面仪的精度均为，当为需要测量的海水流速的最低范围时，即，此时为最小感应电动势。
[0013]进一步地，在S2中，激励信号的电压频率为：；其中，为固定值；通过频率调节按钮调节的电感值，来调节；激励信号的电压幅值为：；其中，为EL4451CN的Vin+端的电压值，为EL4451CN的Vin
‑
端的电压值，为EL4451CN的Vgain+端的电压值，为EL4451CN的Vgain
‑
端的电压值；、为固定值，将设置为固定值，故只与相关，的表达式为：
；通过频率调节按钮调节的电阻值，来调节。
[0014]进一步地，在S3中，线性拟合公式为：；其中，为探头采集到的实际电场值，是激励信号的电压幅值，为两个电极之间的水平距离，为塑料槽体的长度，为拟合参数；在S4中，对海水流速进行校正：。
[0015]本专利技术具有的有益效果是：本专利技术所提供的试验方法，设计合理，流程简单，便于操作，可以保证试验结果的准确性，通过本专利技术装置以及方法可以在XCP整机海试之前对其测量精度以及性能进行初步测试，看其是否可以满足精度要求。同时利用提出的标定方法可以对实际海试结果进行标定以及修正。本专利技术方法是保证XCP能够进行海水流速测量的重要途径，也是海流剖面仪研制的不可或缺的组成部分，用于模拟真实的海洋环境从而对XCP进行测试，并对测量结果进行标定，从而提高了XCP在实际海洋环境中的测量精度。
附图说明
[0016]图1为本专利技术中的海洋模拟电场装置外部示意图。
[0017]图2为本专利技术中的海洋模拟电场装置内部示意图。
[0018]图3为本专利技术中的激励信号发生装置外部示意图。
[0019]图4为本专利技术中的激励信号发生装置内部结构图。
[0020]图5为本专利技术中的信号产生模块的电路原理图。
[0021]其中，1
‑
塑料槽体；2
‑
顶端盖；3
‑
提手；4
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种投弃式海流剖面仪测试标定装置，其特征在于，包括海洋模拟电场装置和激励信号发生装置，所述激励信号发生装置包括电源供电模块、信号产生模块、信号调节模块以及信号显示模块；所述海洋模拟电场装置包括装有海水的塑料槽体和顶端盖，所述塑料槽体内竖直固定有投弃式海流剖面仪探头，海水的高度大于探头上两个电极的高度，塑料槽体内顶部设有电磁屏蔽网格罩，塑料槽体相对的两侧壁设有激励信号接口，塑料槽体内与两个激励信号接口相对应的位置分别设有一块导电铜板，两块导电铜板部分浸没在海水中，两块导电铜板之间形成电场。2.根据权利要求1所述的一种投弃式海流剖面仪测试标定装置，其特征在于，所述顶端盖和电磁屏蔽网格罩上开设有数据线出口，探头底部连接有数据线，数据线从数据线出口伸出。3.根据权利要求1所述的一种投弃式海流剖面仪测试标定装置，其特征在于，所述塑料槽体和顶端盖采用POM塑料制成，在塑料槽体的外表面粘贴有吸波材料吸波材料铁硅铝。4.根据权利要求1所述的一种投弃式海流剖面仪测试标定装置，其特征在于，所述激励信号接口采用BNC接口，所述激励信号发生装置中的信号调节模块通过BNC接口与导电铜板连接。5.根据权利要求1所述的一种投弃式海流剖面仪测试标定装置，其特征在于，所述电源供电模块用于将220V交流电压转成5V直流电压和将5V直流电压转换成
±
5V直流电压；所述信号产生模块用于通过EL4451CN可变增益放大器产生高纯度的正弦信号；所述信号调节模块用于调整信号输出频率的大小和调整信号电压幅值的大小；所述信号显示模块用于将输出的模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号送入到单片机中，所述单片机对该数字信号的幅值和大小进行计算，并利用LCD液晶显示屏将幅值和大小进行实时的显示。6.根据权利要求5所述的一种投弃式海流剖面仪测试标定装置，其特征在于，所述信号产生模块还包括电阻R1
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R3和R6，可调节电阻R4、电容C1
‑
C4、二极管D1和D2、可调节电感L，EL4451CN的Vin+端连接R1的第一端和C4的第一端，R1的第二端接地，C4的第二端连接L的第一端，L的第二端连接L的调节端、EL4451CN的V
OUT
端、R2的第一端和EL4451CN的FB端，R2的第二端连接D2的正极，D2的负极连接C3的第一端、R3的第一端和EL4451CN的Vgain
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端，C3的第二端接地，R3的第二端...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光源，杜立彬，刘云梁，贺海靖，杜晟，吕婧，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：