海洋浮標(biāo)傳感器選型與安裝布放優(yōu)化

      數(shù)據(jù)采集是海洋浮標(biāo)系統(tǒng)的核心模塊，由搭載傳感器、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)組成，主要具有數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、傳輸和過程控制等功能。浮標(biāo)錨定于海洋中，通過太陽能供電，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)工作時序，控制采集單元及各項傳感器的加斷電來采集傳感器的輸出信號，將其轉(zhuǎn)為數(shù)字信號并進(jìn)行相關(guān)處理，之后，存入存儲單元并通過通信模塊與衛(wèi)星進(jìn)行實時傳輸，傳送給岸基接收中心進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)分析與處理。

　　海洋浮標(biāo)傳感器選型與安裝布放優(yōu)化

　　海洋浮標(biāo)若要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，首先，需要了解需要采集的參數(shù)指標(biāo)，根據(jù)參數(shù)選擇對應(yīng)的傳感器種類以及傳感器接口;然后，根據(jù)傳感器的測量環(huán)境要求，為傳感器設(shè)置便于測量和安裝的布放位置;最后，利用數(shù)值模擬軟件對風(fēng)力、水力等進(jìn)行仿真計算，測試傳感器在惡劣環(huán)境干擾下是否能正常運(yùn)作，若無法采集數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)異常，則對工作異常的傳感器進(jìn)行硬件及安裝位置的分析，查找問題并進(jìn)行安裝優(yōu)化。

　　觀測浮標(biāo)采集的主要參數(shù)有氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向和輻射等氣象參數(shù)以及溫度、鹽度、深度和海流等水文參數(shù)。氣象傳感器采用鉑電阻RTD進(jìn)行氣溫的測量，其精度高且相對穩(wěn)定，不會因高低溫引起物理或化學(xué)特性的變化;采用超聲風(fēng)傳感器測量各個方向的風(fēng)速分量，并通過合成得到風(fēng)速風(fēng)向，同時配合激光測風(fēng)儀測量激光雷達(dá)垂向中軸線方向上不同高度的風(fēng)速;氣壓采用硅諧振式氣壓傳感器測量，其不受被測流體密度的影響，通過固有振蕩頻率的變化來測得氣壓的大小;采用精度高、響應(yīng)速度快的激光傳感器測量相對濕度，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)濕度傳感器易受環(huán)境影響的缺陷;輻射測量方面采用速度快、檢測精準(zhǔn)的熱電式太陽能輻射表，利用內(nèi)置感光元件對太陽總輻射進(jìn)行測量。

　　水文傳感器選用定點式溫鹽深傳感器CTD測量水下溫度、電導(dǎo)率和壓力，通過計算得出剖面鹽度值，并用聲學(xué)海流計進(jìn)行海流數(shù)據(jù)的測量。因水下數(shù)據(jù)傳輸距離較長，最深可到1000m，考慮到實時性、水密性以及價格因素，本文采用了感應(yīng)耦合傳輸技術(shù)，通過包塑鋼纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，鋼纜一端裸露在海水中與海水形成閉合回路，水下傳感器獲得數(shù)據(jù)后，通過鋼纜回路產(chǎn)生的感應(yīng)電流傳送至水上，并利用串口輸送給數(shù)據(jù)采集單元。

　　氣象傳感器由于數(shù)量較多，輸出信號類型和強(qiáng)度各不相同，采集單元處理起來較為不便，因此選擇一種通用的傳感器數(shù)據(jù)通訊接口，方便系統(tǒng)的集成。氣象傳感器統(tǒng)一選用標(biāo)準(zhǔn)RS485接口，組成RS485總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。RS485總線是一種異步半雙工通訊方式，能進(jìn)行多點數(shù)據(jù)的采集，相比RS232總線，其優(yōu)點是采用平衡發(fā)送和差分接收、傳輸速率更快、抗干擾性更強(qiáng)、安裝方便、便于維護(hù)。