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1、CTD测量技术的现状与发展张兆英(国家海洋技术中心,天津 300111)摘 要:CTD测量技术是海洋研究开发的关键技术之一。本文简述了CTD测量技术基本原理,介绍了国内外CTD技术的现状和动向,同时还探讨了CTD技术的发展趋势和关注的几点看法。关键词:CTD测量技术;现状;发展中图分类号:P716 文献标识码:C 文章编号:1003-2029(2003)04-0105-06 CTD测量技术是研究海洋和应用海洋的最基本的一种技术。“九五”“863”计划使我国CTD测量技术发生了巨大变化,无论从高精度C
2、TD剖面仪研制上,还是CTD检定设备标准的建立方面,都赶上或达到了国际同类产品的先进水平。高精度CTD剖面仪已经列为“十五”“863”标准化的项目,而CTD检定设备正在为海洋仪器的研制鉴定检定进行服务。随着海洋世纪的到来,CTD测量技术越来越受到世界各国的普遍重视,在国内国际具有很大的市场。可以相信,在目前广泛应用的基础上,将有更加宽阔的发展前景。1 CTD测量技术1.1 CTD测量技术简介K=K(R) 对于海水CTD参数的测量,可以归结到一种物理量的测量。例如,由传感器测量响应的电阻的变化来完成。简而言之
3、,电导率C与一定海水水柱的电阻有关(C=K),可以通过流过电导池的海水的电阻随海洋环境(海水的温度、压力和盐度)的变化来提取。温度的变化通过热敏电阻反映海水的温度T(K=T)。而深度D一般通过压力测量,根据数学关系进行计算。而压力P(K=P)的测量采用应变式硅阻随深度变化取得。收稿日期:2003-02-11基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助(2001AA632050)实际上传感器感应的海水CTD参数,通过转换电路的输出为电信号。一般说来传输特性为一高次多项式。K=Σni=0aiRi 为取得传
4、感器的定标方程,要求严格的试验程序:第一,需要足够精度的测试设备;第二,权威的计量标准;第三,根据传感器与定标设备,设计测量方案,制定操作步骤,测量取数;第四,进行符合传感器物理特性的定标方程的拟合。“九五”“863”高精度CTD剖面仪的定标水槽,采用直径850mm,深度1300mm,控温精度十万分之一度(0.000001℃),水平温场和垂直温场不均匀度均达到0.0003℃。利用精度为0.001℃的基准铂电阻温度计,由F18电桥测温,由水三相点和镓熔点的温度校准。使用8400B实验室盐度计来测量盐度,由国际一
5、级标准海水校验。利用十万分之五的活塞度压力计对于压力传感器进行测压。根据传感器研制测试经验,设计了定标试验的操作步骤。取得高精度CTD剖面仪传感器的定标方程。下面给出了高精度CTD剖面仪的传感器定标方程。1.1.1 电导率传感器定标方程(S/M)[2]V=g+hf2+if3+if410(1+dt+eP)式中:V为电导率(S/m);f为频率(KHz);t为温度(℃);P为压力(dB)=0;d=3.25×10-6为电导池玻璃的温度系数;e=-9.57×10-8为与压力相关的系数;g,h,i,j为回归方程确定的系数
6、。1.1.2 温度传感器定标方程(℃)[3]第22卷 第4期2003年12月 海 洋 技 术OCEANTECHNOLOGY Vol.22,No.4Dec.,2003T90=1a+blnn0n+cln2n0n+dln3n0n+eln4n0n-273.15式中:T90为温度(℃);n为温度传感器频率;n0=1000.00Hz;g,h,I,j为回归方程确定的系数。1.13 压力传感器定标方程(MPa)P=0.006895×C(1-T20T2)[1-D(1-(1-T20T2))]
7、式中:P为压力(MPa);T为压力传感器的振荡频率的周期(μS);t为压力传感器壳内的温度(℃)。并有C=C1+C2t+C3t2;D=D1+D2t;T0=T1+T2t+T3t2+T4t3;C1,C2,C3,D1,D2,T1,T2,T3,T4为回归方程确定的系数。1.2 “九五”“863”成果——高精度CTD剖面仪SZC-15CTD系统是国家“863”计划支持,研制成功的自容式海洋剖面测量仪器。可以测量海洋表面到3000m水深剖面各层的海水温度、电导率(盐度)、深度、溶解氧和pH等参数。空间分辨为4cm左右(下
8、放速度为1m/s),时间分辨率43ms。SZC-15CTD系统可根据用户需要,在规定的深度控制采水器现场采水,具有高精确度、高速响应和高稳定性特点。同时,SZC-15CTD系统使用方便,能以将整机进行分解或组合应用。既可以整个系统多个传感器同时进行测量和采水,也可以由一个或多个传感器组成的剖面仪单独进行测量。可用于全球海洋测量以及国际海洋合作项目,是海洋科学考察研究、海洋资源调查开发、海洋环境监测预
