КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
CTD-зонды
Уже давно в практику промыслово-океанологических исследований и поисковых работ вошли и стали практически незаменимыми CTD -зонды, позволяющие получать в процессе зондирования профили вертикального распределения температуры и электропроводности (солености). Как правило, датчики всех трех параметров вместе с устройствами сбора информации размещены в едином прочном корпусе погружаемого устройства (ПУ) зонда. Иногда в комплектацию зондов входят датчики других параметров (например, гидрохимических), а также другие измерители и дополнительное оборудование (датчик касания дна, альтиметр и т.д.). Если они не размещены в корпусе зонда, а являются внешними по отношению к нему, то это уже рассматривается как зондирующий комплекс. Однако от этого правила имеется ряд отступлений. Некоторые производители для расширения области применения своих изделий выпускают CTD-зонды в виде модульной конструкции. Поэтому далее мы будем именовать CTD зондами все устройства, которые измеряют электропроводность, температуру и давление, независимо от их механической конструкции или наличия дополнительных устройств, в стандартном варианте поставки включенных в общий корпус. По эксплуатационным качествам все CTD -зонды можно разделить на две группы: зонды, работающие на кабель-тросе, и автономные зонды, для использования которых достаточно обычного троса. В то же время, в обеих группах могут быть зонды различных метрологических качеств и, соответственно, имеющих разный уровень сложности. Среди производителей CTD -зондов имеется несколько крупных компаний-лидеров, разрабатывающих, и выпускающих CTD -зонды, которые отличаются наиболее высокими метрологическими характеристиками. Кроме этих зондов, в производственную программу таких компаний входят и другие разновидности зондов, как правило, меньшей сложности. Из этих компаний наиболее известны фирмы "Sea-Bird Electronics, Inc." (SВЕ), “Falmouth Scientific, Inс." (FSI) и "IDRONAUT S.г.I." (IDRONAUT).
Официально, старейшей фирмой, производящей наиболее точные CTD -зонды, является компания SВЕ. Однако фирма FSI, выпускающая не менее качественные зонды, в сущности, продолжает работать в том же направлении и с теми же сотрудниками, что и компания, созданная ранее Н. Брауном, и поэтому ее также можно причислить к одной из старейших. Обе компании сформировались где-то на рубеже 60-х и 70-х годов. Итальянская фирма IDRONAUT основана только в 1982 году, однако ее CTD -зонды своими качествами уже завоевали мировую известность. Недавно па рыке CTD -зондов появилась канадская фирма "Richard Вrаnсker Reaserch Ltd” (RBR), которая представила аппаратуру, которая может составить конкуренцию всемирно известным моделям CTD —зондов.
Кроме крупных компаний, специализирующихся именно на разработке и производстве CTD -зондов, ряд фирм в числе другого океанографического оборудования тоже выпускает CTD- зонды, но меньшей точности. Как правило, они отличаются более низкими ценами, и среди них имеются модели, которые могут оказаться полезными при ведении исследований на попутных судах. Некоторые фирмы выпускают CTD -зонды, совмещенные с другими измерителями (течений, флуоресценции и т.п.), причем такие комбинации приборов обычно предназначены для специальных областей применения, например, для буйковых или донных постановок, а также для использования в составе буксируемой аппаратуры. Классификация зондов по их техническим и эксплуатационным качествам
Кабельные зонды используют кабель-трос для своего электропитания и передачи данных о параметрах среды и другой информации па бортовое устройство (БУ). В ранних моделях CTD зондов эти данные в основном передавались в аналоговом виде (изменение напряжения, тока или частоты) по многожильному кабель-тросу. Сейчас практически во всех CTD -зондах данные измерителей преобразуются в последовательный код и далее в цифровом виде передаются на БУ или сразу на компьютер. В качестве линии связи обычно применяют одножильный кабель-трос. Если на тросе закреплено несколько разных, устройств, то в этом случае может использоваться многожильный кабель-трос.
Главным достоинством кабельных зондов является возможность наблюдения за изменением измеряемых величин в реальном масштабе времени. В особенности это важно для совместной работы зонда с кассетой батометров, где требуется выбор горизонтов отбора проб непосредственно во время зондирования. Другой важной областью, где это качество также необходимо, является использование зонда на буксируемом носителе или в системе прокачки забортной воды для оперативной оценки характеристик водных масс, например для поиска фронтальных зон. Автономные зонды получают электропитание от внутренних аккумуляторов или батарей, а результаты измерений регистрируются в запоминающем устройстве для последующего считывания на борту судна. В связи с развитием цифровой техники и созданием недорогих твердотельных устройств памяти большого объема, этот тип зондов в последнее время получил широкое распространение. Однако можно отметить, что в автономном режиме могут работать и многие модификации кабельных зондов, имеющих встроенные или подсоединяемые к ним внутреннюю память и собственный источник питания. Некоторые фирмы специально выпускают так называемые логгеры - отдельные блоки в прочном корпусе, которые могут подключаться к кабельным зондам и позволяют их использовать в качестве автономных. Обычные тросовые лебедки значительно дешевле кабель-тросовых как по своей стоимости, так и в эксплуатации. В связи с этим способность зондирования на обычном тросе делает автономные зонды очень привлекательными для использования на судах, не предназначенных для научных исследований. Выгодным моментом является то, что в морских условиях автономные зонды практически не нуждаются в специальном обслуживании, поэтому некоторые фирмы изготавливают CTD- зонды, допускающие их эксплуатацию персоналом с минимальной квалификацией. Особенно популярными такие зонды стали на судах, используемых для попутных исследований, позволяя любому члену экипажа или прикомандированному научному сотруднику работать с зондом в одиночку и практически с "любой веревки".
Еще одна область, где автономные зонды являются незаменимым инструментом - это их установка на долговременные станции - донные, дрейфующие и т.п. Однако, в отличие от режима зондирования, где возможно применение и кабельных зондов в автономном варианте, CTD -зонды, используемые для долговременных постановок, должны обладать несколько иными качествами. Здесь наибольшее значение приобретает экономичность электропитания. С одной стороны, выполнение этой задачи требует специальной элементной базы, а также соответствующего подхода в выборе датчиков и схемных решений. С другой стороны, для долгопериодных измерений нет необходимости в частом опросе датчиков как при режиме зондирования, наоборот - в зависимости от выполнения поставленных задач, период опроса может быть в пределах от минут до часов. В последнее время сформировалась принципиально новая концепция построения CTD -зонда. За основу берется автономный режим работы, при этом все электронные компоненты имеют минимальное энергопотребление. Практически все современные модели зондов работают под управлением микропроцессора с внутренним таймером, которые являются ядром функциональной схемы. Периферийные узлы зонда включают интерфейсы датчиков, платы памяти, устройство связи с внешним компьютером и блок питания. Использование микропроцессора позволяет программировать работу зонда через внешний компьютер в зависимости от направления исследований. В частности, можно выбрать период опроса датчиков в пределах от долей секунд (режим зондирования) до нескольких часов, когда в промежутках включается режим энергосбережения и прибор как бы засыпает, работая с минимальным потреблением от блока питания. Для применения такого зонда в режиме зондирования достаточно установить интерфейсную плату связи с БУ через кабель-трос (например, в отсеке для размещения автономного питания) и соответствующим образом перепрограммировать микропроцессор. Некоторые зонды имеет дополнительную энергонезависимую память для хранения калибровочных коэффициентов на используемые датчики и ряда программ, реализующих различные режимы работы зонда.
Анализ характеристик современных зондов и измеряемых ими параметров позволяет классифицировать зонды по четырем уровням точности. Одновременно эти уровни имеют соответствующие степени конструктивной сложности базового прибора и вариантов комплектации, а также предполагают разные ценовые пределы как для собственно аппаратуры, так и для стоимости ее эксплуатации. Предлагается следующая классификация: 1-й класс - это высший уровень, который предполагает измерения любого масштаба, вплоть до работ по международным программам. Де-факто, критерием высокого метрологического качества СТР-зондов является их соответствие выполнению задач программы WОСЕ. Как правило, такие зонды являются основой судового зондирующего комплекса, который устанавливается в качестве штатного оборудования на всех крупных научно-исследовательских судах. В связи с тем, что одной из важнейших составляющих такого комплекса является батометрическая кассета, CTD -зонд должен быть обязательно кабельным и передавать информацию в масштабе реального времени. CTD -зонды 1-го класса имеют наивысшую степень сложности и, соответственно, отличаются высокой ценой. Для их эксплуатации на зарубежных судах существуют специальные группы технических специалистов, а их калибровка проводится наиболее часто, причем только в сертифицированных береговых центрах. 2-й класс — это средний уровень, не требующий наивысших метрологических характеристик от CTD -зондов, но он должен позволять проводить полигонные съемки с использованием данных при изучении мезомасштабных и, частично, мелкомасштабных процессов. Как правило, зонды этого класса значительно проще и дешевле зондов высшего уровня. Однако иногда, при тщательной калибровке, эти зонды допускается к использованию на научных судах в качестве основных, или могут быть их дублерами. Отдельные модели CTD -зондов 2-го класса могут комплектоваться дополнительными датчиками и даже батометрическими кассетами. Для работы с этим оборудованием обычно не требуется многочисленный персонал и, в зависимости от комплектации, достаточно 1-2 человек. Большинство зондов 2-го класса могут работать как в кабельном варианте, так и в автономном. В связи с этим обстоятельством, такие зонды часто используются на судах, не оборудованных кабель-тросовыми лебедками, но привлекаемых для ведения исследований среднего уровня. 3-й класс, или минимальный уровень прикладных задач (например, в промысловых исследованиях) где для CTD -зондов требуется поиск промысловых скоплений по изотермам, а также обеспечения работы гидроакустических средств (оценка реальной скорости звука). CTD -зонды этого класса также используются для оценки сезонных, синоптических и частично мсзомасштабных процессов. Обычно эти зонды являются законченным изделием и не комплектуются дополнительными датчиками или другим оборудованием. Зонды имеют относительно малую стоимость и могут эксплуатироваться персоналом без специальной квалификации. Как правило, такие зонды являются автономными и могут использоваться на необорудованных судах. 4-й класс, или ненормированный уровень, включает зонды, предназначенные для вспомогательных задач, связанных с оценочными измерениями. Как правило, эти зонды имеют в наборе еще несколько датчиков и представляют собой легкое погружаемое устройство, связанное с цифропоказывающим БУ многожильным кабелем длиной 30 - 200 м, намотанным на ручную вьюшку. Иногда такие зонды имеют варианты с памятью и автономным питанием. Эти приборы полностью автономны, могут использоваться с легких плавсредств и являются своеобразными тестерами качества воды. В таблице приводятся требования к основным характеристикам зондов в соответствии с их классом и масштабом исследуемых процессов. Эти требования включают только оценки возможных систематических и случайных погрешностей CTD измерения основных параметров морской воды. Они не распространяются на возможные пределы динамических погрешностей измерения CTD -параметров, которые могут превосходить на один - два порядка значения, указанные в таблице.
Таблица - Требованияк основным характеристикамзондов
Следует отметить, что приведенные требования не являются официальным стандартом, а сложились на данный период из практики экспедиционных исследований и могут со временем измениться. Иногда при очередной модернизации зонда, он начинает соответствовать по своим параметрам требованиям уже более высокого класса. Все основные характеристики современных CTD -зондов наиболее известных фирм-производителей представлены в табл. 2. Оценки погрешностей CTD -параметров указаны без учета возможных динамических погрешностей.
Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 3025; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |