1、極區海洋環境自動監測浮標的試驗和檢驗 楊東菊(國家海洋技術中心 , 天津 300111摘要 :介紹了極區海洋環境自動監測 浮標的系統組成和工作原理 , 詳細介紹了在研制過程中所進行的試驗和檢 驗項目。關鍵詞 :極區 ; 浮標 ; 試驗 ; 檢驗中圖分類號 :P 715. 2文獻標識碼 :B 文章編號 :1003-2029(2004 03-0067-031引言2003年 6月 , 國家海洋技術中心完成了極區海 洋環境自動監測浮標的研制工作 , 7月隨雪龍號科 學考察船參加我國第二次北極科學考察 , 8月 22日 和 25日成功地把 2臺監測浮標的工程樣機布放在 北極的浮冰。極區海洋環境自動監測浮

2、標能夠自動監測北極 海域的風向風速、氣溫、氣壓等氣象要素 ; 監測浮 冰的溫度以及浮冰下海水的溫度和鹽度剖面參數 ; 在利用衛星對極區浮標進行定位的同時 , 可以追蹤 浮 冰的漂移軌跡。這些 監測數據 , 由浮標發射至 ARGOS 極軌衛星 , 并傳輸到地面接收站 , 用戶可以 登陸互聯網接收和下載測量數據。在極區浮標的研制過程中 , 對浮標的技術性能 進行了嚴格的測試和檢驗 , 有針對性地進行了環境 試驗 , 有效地保證了浮標的性能指標 , 為浮標在北 極海域成功布放打下了良好的基礎。本文重點介紹 了對極區浮標的測試和檢驗的方法與過程。2系統組成和工作原理2. 1系統組成極區浮標系統由浮標體

3、、系留系統和傳感器組收稿日期 :2004-03-18基 金 項 目 :國 家 高 技 術 研 究 發 展 計 劃 (863 資 助 項 目 ( 成。浮標體上部塔架的平臺上安裝有 ARGOS 發射 天線和風向風速傳感器 , 塔架內安裝有氣溫傳感器。 浮標體下部儀器艙內裝有數據采集控制系統、 AR-GOS 衛星通訊發射系統、 電源系統、 氣壓傳感器和 風向風速傳感器的控制電路。系留系統主要用于安 裝水下測量的溫鹽傳感器。2. 2工作原理極區浮標進入工作狀態以后 , 首先分別給數據 控制系統和衛星發射系統供電 , 數據控制系統設置 的值班電路 , 在程序的控制下按預定的時序分別給 每個傳感器加電 ;

4、 加電后的傳感器開始工作 , 采集 測量數據 , 并進行處理 , 處理后的數據發送至通訊 系統存儲 , 在存儲的過程中以新數據替代老數據 ; 通 訊系統按規定的時間和時間間隔把存儲的數據通過 天線發射到極軌衛星 , 衛星地面站接收到極軌衛星 發回的數據后 , 用戶就可以在因特網上查詢或下載 浮標的測量數據。2. 3技術指標極區浮標測量技術指標見表 1。3技術指標驗證技術指標檢驗是為了驗證各種傳感器的測量范 圍和測量準確度而設置的檢驗項目 , 檢驗的目的是 驗證傳感器的技術指標能否符合極區浮標的測量需 要。極區浮標共搭載有 5種不同類型的傳感器 , 包 含有風向風速、 氣溫、 氣壓、 冰溫和溫鹽

5、傳感器 , 對第 23卷第 3期 海洋技術 Vo l. 23, No. 3表 1技術指標測量參數 測量范圍 測量準確度 氣溫 -60+30 ±0. 3 氣壓 8501100hP a ±1hP a 風向 360°±5°風速 060m /s V 5m /s , ±0. 5m /s V >5m/s, ±V ×10%表層冰溫 -200 ±0. 5溫度剖面 -4+30 ±0. 2鹽度剖面 2832±0. 2注 :溫鹽傳感器測量剖面共 3層 :分別位于冰下 5m 、 25m 及 50m 處。

6、3. 1冰溫傳感器(1 檢測設備 :標準計量器為鉑電阻溫度計和 測溫電橋 , 檢測設備為低溫檢定槽。(2 測試方法 :將冰溫傳感器放入檢定槽內靠 近鉑電阻處 , 將傳感器與其輸出設備相連。檢定槽 的溫度從 10逐漸降溫至 -30 , 均勻選取得 10個測試點。分別記錄傳感器輸出值和標準溫度值。 (3 合格判定 :在所有測試點 , 傳感器溫度測 值與標準溫度值之最大誤差應符合表 1的要求。 3. 2水溫和鹽度傳感器(1 檢測設備 :標準計量器為鉑電阻溫度計和 測溫電橋 , 檢驗設備為恒溫海水槽。(2 檢測方法 :將溫鹽傳感器或 CT D 探頭放入 恒溫海水槽 (鹽度約 35 靠近鉑電阻處 , 將

7、溫鹽傳 感器與其輸出設備相連。 水浴溫度從 35逐漸降至 -2 , 均勻選取約 10個測量點 , 并在各測試點取 海水水樣。分別記錄溫鹽傳感器輸出值、標準溫度 值和水樣號。在鹽度值為 25, 15和 5的海水槽中 , 重復以上 過程。(3 合格判定 :用實驗室鹽度計測量水樣 , 獲 取標準鹽度值。在所有測試點 , 傳感器測值與標準值之最大誤 差應符合表 1的要求。3. 3氣溫傳感器(1 檢測設備 :標準計量器為水銀溫度計 , 檢 驗設備為低溫試驗箱。 近水銀溫度表處 , 將傳感器與其輸出設備相連 , 箱 內氣溫從 30逐漸降至 -30 , 均勻選取約 7個測 試點。分別記錄傳感器輸出值和標準溫

8、度值。 (3 合格判定 :在所有測試點 , 傳感器溫度測 值與標準溫度值之最大誤差應符合表 1的要求。 3. 4氣壓傳感器(1 檢測設備 :標準計量器為振筒式氣壓計 , 檢 驗設備為氣壓檢定箱。(2 測試方法 :將氣壓傳感器放入檢定箱內 , 將 傳感器與其輸出設備相連 , 箱內氣壓從 1100hPa 逐漸降至 850hPa , 均勻選取 3個以上測試點。 分別 記錄傳感器輸出值和標準氣壓值。(3 合格判定 :在所有測試點 , 傳感器溫度測 值與標準溫度值之最大誤差應符合表 1的要求。 3. 5風速傳感器(1 檢測設備 :標準計量器為皮托管風速計 , 檢 驗設備為風洞。(2 測試方法 :將風速傳

9、感器固定于風洞測試 箱內 , 將傳感器與其輸出設備相連。洞內風速在從 0逐漸升值 30m/s, 均勻選取 5個以上測試點 , 分 別記錄傳感器輸出值和標準風速值。然后風速逐漸 降至 0, 重復以上測試和記錄。 (亦可用風速檢測儀 比測 (3 合格判定 :在所有測試點 , 傳感器溫度測 值與標準溫度值之最大誤差應符合表 1的要求。 3. 6風向傳感器(1 檢驗設備 :標準計量器為分度盤和指北針 , 檢驗設備為風向測試架。(2 測試方法 :將風速傳感器固定于風向測試 架上 , 將分度盤置于 0°位置。 在 0360°范圍內轉動 風傳感器 , 均勻選取 12個測試點 , 記錄風傳

10、感器風 向輸出值。(3 合格判定 :所有測試點 , 傳感器溫度測值 與標準溫度值之最大誤差應符合表 1的要求。4環境試驗4. 1電池組低溫試驗電池組低溫試驗的目的是為了驗證電池組在低 溫條件下的電性能。試驗方法是在一批電池中 , 任意抽取 12節 , 組68海洋技術 第 23卷需要接入輸出電流的負載后 , 將電池組放入恒溫箱 內 , 并與萬用表相連。箱內溫度由室溫逐漸降至 0 , 保持 16h, 然后每隔 1h 記錄電池的輸出電 壓 ; 然后將恒溫箱的溫度降至測試溫度。試驗要求每組被試電池的電壓降至 10. 5V 時 輸出的安時數應大于 5Ah 。 重復試驗過程 , 當電池 組不能滿足上述要求

11、時 , 即可認為電池失效。 4. 2電控系統低溫試驗電控系統低溫試驗的目的是驗證極區浮標電控 系統 (包括電源、 數采、 通訊和控制系統 , 在低溫 環境下的運行性能。試驗方法是將極區浮標整個電控系統放入恒溫 恒濕箱內 , 然后聯機處于工作狀態。箱內溫度由室 溫逐漸降至檢測溫度 , 用檢測器檢驗系統工作情況 , 并記錄。在每個測試點 , 系統應正常工作 , 即檢測 器檢測到的數據值均應正常。4. 3通訊系統低溫試驗通訊系統低溫試驗的目的是驗證通訊系統在低 溫條件下的工作情況。試驗方法是將安裝完整的極區浮標放入浮標可 視試驗槽內 , 浮標測試和通訊系統處于工作狀態。 槽 內溫度由室溫逐漸降至測試

12、溫度 , 并控制在此溫度 范圍內 , 連續試驗 240h 以上。要求計算機從 Arg os 上行信號檢測器上下載 極 區 浮 標測 量 數據 正 常 , 有 效信 息 接收 率 大于 95%。4. 4運輸試驗運輸試驗的目的是驗證極區浮標系統在工作狀 態和運輸條件下防震動的性能。試驗方法是將極區浮標系統在無包裝和不工作 的狀態下 , 裝在普通汽車上 , 在劣于 3級路面條件 下 , 經受顛簸沖擊和震動約 6h 。 運輸結束后 , 接通 電源 , 用檢測器檢驗系統工作狀態 , 各項性能應該 正常。5系統試驗5. 1定位試驗定位試驗的目的是驗證極區浮標系統通訊定位 性能。試驗方法是將極區浮標系統的儀

13、器艙放在空曠 場地 , 然后聯機處于工作狀態。在衛星過頂時 , 計 算機從互聯網上下載的極區浮標通訊次數不小于 4次。5. 2水中姿態試驗水中姿態試驗的目的是驗證極區浮標在水中漂 浮的姿態和水密性能。試驗方法是將安裝完整的極區浮標 放在水槽 中 , 然后聯機處于工作狀態。試驗結果要求極區浮 標儀器艙密封良好 , 不漏水 , 并在靜水中保持良好 的漂浮姿態。5. 3系統考機試驗系統考機試驗的目的是驗證極區浮標系統長期 工作的可靠性。試驗方法將安裝完整的極區浮標置于室內 , 然 后聯機處于工作狀態 , 并連續工作 7d 以上。 衛星過 頂時 , 從互聯網上下載的極區浮標測量數據不少于 2次 , 且數據基本正常。6結束語試驗和檢驗是科研生產過程中的重 要組成部 分 , 其重要性不言而喻。但是 , 能夠有針對性地選 擇試驗和檢驗項目 , 利用寶貴的試驗數據指導科研 的進程更加重要。極區浮標的試驗和檢驗共有三大 類 , 即技術指標檢驗、環境試驗和系統試驗 , 共有 12個試驗和檢驗項目。 在這些項目中 , 技術指標檢 驗主要針對傳感器設置的 , 用于驗證傳感