CTD操作手冊

2024年3月7日發(作者：衛生制度)

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Sea-Bird 911 plus CTD溫鹽深

探測系統技術手冊

東方紅2號船實驗室

2003年7月

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第一部分 系統簡介

Sea-Bird 911 plus CTD溫鹽深探測系統是由美國Sea-Bird公司生產的，目前世界上最先進的海洋水文調查儀器之一。本系統包括水下單元（SBE 9plus）、甲板單元（SBE 11plus）和采水系統（CAROUSEL WATER SAMPLER）三部分。水下單元由鎧裝電纜與甲板單元相連，并通過裝有Sea-Bird公司提供的CTD數據采集軟件的計算機，對整套系統進行設置和操作，所采集的數據實時顯示在計算機屏幕上，并實時進行紀錄。

具體技術指標如下：

一、水下單元（SBE 9plus）

SBE 9plus為Sea-Bird 911 plus CTD系統的水下單元，可與SBE 11plus組成SBE 911plus

CTD直讀式CTD。也可與SBE 17plus V2 SEARAM組成SBE 917plus CTD自容式CTD。主機采用模塊化設計，易于更換及維護。

SBE 9plus共提供5路頻率輸入，壓力傳感器1路，溫度和電導傳感器各2路。另外還為附加傳感器提供了8路擴展電壓信號輸入。

1、溫度傳感器

此傳感器采用壓力保護（pressure-protected）高速(high-speed)熱敏電阻，電路部分采用Wein bridge oscillator電路。Wein bridge oscillator電路中熱敏電阻為感應部分，其余由一個高精度電阻和兩個有極性電容，另外還有一個晶振組成。此電路區別與一般電橋的地方就是多了一個晶振。晶振的特性是它會根據不同的輸入電壓輸出不同頻率的電信號而且質量好的晶振精度很高。從這個意義上講它使傳感器的精度更高。環境溫度變化可引起熱敏電阻阻值變化，因此引起電壓及晶振輸出頻率的變化，通過溫度、阻值、電壓和頻率之間的一一對應關系在經過簡單的運算即可得出對應的溫度值。

2、電導傳感器

電導傳感器的原理與溫度傳感器相同，不同之處就是熱敏電阻替換成電解池（Cell

resistance）。海水不同的電導率對應Cell resistance相應的電壓輸出。

3、壓力傳感器

壓力傳感器采用Paroscientific Digiquartz 壓力傳感器，核心部分可能是一種可將外來壓力直接轉換為頻率信號的晶體，不同于溫度和電導傳感器是在電路中并聯晶振。此傳感器較其它傳感器有很好工作特性，但價格昂貴。

以上三個傳感器均提供一路變頻信號輸出至主機即SEB plus 9 CTD，每個傳感器使用兩個12位高速并行輸出計數器，一個用于累計每一個采樣周期晶振產生脈沖的個數，另一個記錄采樣時間，并將數據傳輸至甲板單元，甲板單元將此數據轉化為晶振原始頻率。每個計數器可累計4096個脈沖，最小采樣周期為1/24s，因此傳感器最大輸出頻率不得超過F=4096/(1/24)=98304Hz。

4、高度傳感器

發射頻率 200kHz

發射脈寬 250ms

量程 100m

最大傾角 14度

模擬輸出 0～5VDC

數字輸出 RS-232，波特率（可選）9600，4800，2400或1200精選文檔

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電壓 6～24VDC

PSA-916，微處理器控制水下聲學設備。它產生一個窄帶聲波信號，以測得聲波從目標物體表面反射回來的傳輸時間來計算高度，用以探測儀器系統離海地的距離。此高度計再用鋁制耐壓外殼，最大下放深度6800m。6針接口用于連接電源輸入，擴展源輸入和模擬信號及RS-232輸出?？捎蓛炔刻€開關來設置其功能及參數。

5、葉綠素傳感器

該傳感器是一種量程可選的光學設備。藍色LED（Light Emitting Diodes）燈發出的燈光直接透過激發濾光鏡或窗口照射在感應空間，在感應空間的葉綠素被藍光激發從而發出紅色熒光。其中一部分透過探測窗口，通過一面透鏡將入射光調整為平行光束，幾乎是垂直入射短波散射濾鏡之后到達聚焦透鏡，將光線聚焦在感光器件（photodetector）上，即可將光信息轉化為電信號輸出。

頂部圓盤可阻擋外部光線直接照射到photodetector上。短波散射濾鏡可進一步阻擋來自外部的光線。感應空間被光線和傳感器內部結構限定在一個大約為340mm3的圓柱體內。該傳感器采用可靠而且緊湊的電路設計成功的實現了高精度低功耗。

6、溶解氧傳感器

該傳感器是通過測量被測海水中的氧參加的化學反應所產生的電流來計算海水中氧的含量。被測海水由泵的作用流經傳感器，傳感器將消耗濾膜附近的氧氣分子。海水和電極對組成了電池，氧分子透過濾膜發生如下反應：

4Ag??4e?4Ag 陽極反應

2H??O2?4e?2OH? 陰極反應

測得電極每秒中通過電子的個數（mA），將電流值轉化為電壓值輸出。

該探頭是通過消耗濾膜附近的氧氣分子而得到數據的，如果傳感器中的海水靜止不動，那么溶解氧值將一直減小。當水溫和傳感器溫度不同時會產生較大誤差。

7、濁度傳感器

Seapoint Turbidity Meter是以測量水中懸浮粒子散射光來測量濁度的傳感器。體積小、超低能耗、高精確度、寬量程及6000m的下放深度使得在測量濁度或懸浮粒子濃度方面得到廣泛應用。當傳感器在水中工作時對外來光反應遲鈍并且有非常低的溫度系數。

該傳感器接收距離接收窗5cm的空間的粒子散射光?？梢酝ㄟ^改變量程來改變感光性以得到更為準確的數據。傳感器光源為880nmLED，硅感光元件（silicon photodiodes）為接收端。光源非常好的與接收端相匹配。

葉綠素和濁度傳感器同為Seapoint公司產品，在電路設計上同樣遵循簡潔、緊湊的風格，以達到低功耗高精度的要求。

8、PH傳感器

該傳感器使用壓力自平衡玻璃電極和Ag/AgCl參考pH探針來提供內部電位測量值。這個可置換pH探針是永久性密封的，并用一個固定清洗瓶以保證在存放及運輸過程中探針的濕潤。傳感器的接口電路是標準部件，自容包的安裝、保養及標定都非常簡便。

感應部分為玻璃－Ag/AgCl電極對，海水和電極對組成了一個電池，電池電動勢即電極間電壓與PH值有如下關系：

pHx?A?Ex

2.3026RT/F當電極對在標準緩沖溶液中時，可得A精選文檔

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A?pHs?Es

2.3026RT/F在同一溫度下，則可得

pHx?pHs?Ex?Es

2.3026RT/F其中R為氣體常數，F為法拉第常數，T為絕對溫度K。

但這只適合于在甲板上測量，在海水中實時測量時加上溫度、壓力等修正，得到所測海水的pH值。

二、甲板單元（SBE 11plus）

SBE 11plus是Sea-Bird 911 plus CTD系統的甲板單元，為水下單元提供電力，編譯、壓縮水下單元的串行數據流并傳輸到計算機。通過面板上的按鈕和指示燈來控制采水（也可通過軟件控制）。8位LED顯示原始數據，輸出可分為RS-232和IEEE-488協議。SBE 11plus采用8085微處理器，一塊256KB的電擦寫，可變成直讀存儲器，除了執行命令和完成應有的功能之外，還可以對水下單元的數據進行初步處理以減輕計算機負擔及通訊通道的通暢。一路GPS信號輸入，一路PAR信號輸入。

三、采水系統

SBE 32 Caroul Water Sampler 是通用可靠的采水系統。每一個采水器都有各自的磁性扳機控制。當點火裝置的微處理器接受到點火命令，它將使指定采水器的扳機動作。

用于使磁性扳機動作的能量來于內置電容。當接受到了點火命令，點火裝置將在30毫秒內連接電容和被選采水器的磁性扳機，點火確認電路接受到點火信息確認采水器位置，點火（其實就是電容放電吸引磁性扳機）。點火裝置通過限流DC/DC轉換器可將電容充電至75V，并在2S之內可再次充電。點火裝置與CTD是分開供電的。

我校這套Sea-Bird 911 plus CTD的采水系統，共配備12個各8升采水瓶。

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第二部分 Sea-Bird 911 plus CTD操作步驟

一、檢查儀器聯接是否正確。

二、確認儀器聯接無誤后點擊屏幕上的快捷方式出現如圖1操作窗口。

圖1

1、儀器設置

圖2精選文檔

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首先選中下拉菜單configure點擊old style instrument configuration出現如圖2操作界面，如果Instrument Configration一欄中顯示為最新儀器配置文件即可進入下一步操作。如果不是點擊Select [.con] File選擇最新儀器配置文件。如圖3。

圖3

2、采水設置。選中下拉菜單configure點擊water sampler configuration 出現圖4操作界面。第一欄輸入采水器數量12，第二欄選擇SBE Caroul，第三欄選擇打瓶方式，可根據要求圖4精選文檔

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選擇Sequentil、Ur Input、Table Driver三種模式。一般采用Sequentil方式。點擊Bottle Position

for Table Driver出現如圖5界面順序輸入數字1到12。然后確定。

圖5

3、打開Realtime Data下拉菜單選中Start Aquistion命令，點擊出現如圖6操作界面如果在

圖6

Instrument configuration欄內顯示是最新的儀器配置文件，可進行下一步操作如不是點擊Select [.CON] File命令對話框選擇最新的配置文件。然后點擊COMM Port configuration對話框檢查數據接口是否正確，如圖7所示極為正確設置，確認或取消進入下一步操作。如保存數據文件一定選中Store On Dis對話框擊如圖6所示然后可點擊Enter Output Data File Name精選文檔

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對話框如圖8輸入保存文件名。精選文檔

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圖7

圖8

4、數據采集。點擊Start Acquire對話框出現如圖9操作界面輸入調查船名、航次、站號、站位（精度、緯度）、水深等表頭信息。檢查操作無誤后打開甲板單元電源，點擊OK對話框擊開始工作。精選文檔

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圖9

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第三部分 操作人員的職責及注意事項

一、室內操作人員的職責：

1、指揮絞車操作人員進行絞車操作；

2、嚴格按照儀器使用操作步驟操作，做好操作及觀測記錄；

3、注意采集數據是否正常并確保存檔，及時備份；

4、密切注意儀器狀況，如發現異常，及時采取措施。

二、絞車操作人員的職責：

1、按室內操作人員的指令操作絞車；

2、小心操作，密切注意絞車運行情況，確保儀器正常下降和上升；

3、如出現意外情況，要沉著冷靜，采取適當措施，必要時停止觀測。

三、甲板安全人員的職責：

1、負責儀器進出甲板安全，避免碰撞；

2、密切注意鋼纜情況，如鋼纜較松時用繩子拉緊鋼纜，以避免鋼纜打結；

3、專人負責絞車艙內絞車的排纜情況，出現異常及時報告絞車操作人員，并與絞車操作人員配合將纜排好；

4、儀器入水前檢查采水器是否打開，檢查鋼纜接頭有無異樣，如有特殊情況及時報告絞車操作人員；

5、儀器出水后用淡水沖洗，用針管將電導池中注滿蒸餾水；

6、白天用帆布罩將整套儀器罩嚴，避免陽光照射儀器探頭；

7、風浪較大時用繩索將儀器固定。

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附表 CTD觀測紀錄表

CTD工作記錄

調查船：----------------------------- 海 區：---------------------------- 儀器型號：-----------------------------

站 號：----------------------------- 文件名：---------------------------- 探 頭 號：-----------------------------

日 期：----------------------------- 水 深：---------------------------- 海 況：-----------------------------

探頭狀態

甲板上（開始）

探頭到底

甲板上（結束）

CTD采水記錄

采水器瓶號

層次

壓力（db）

溫度

電導率

鹽度

備注

時間（北京時）

探頭壓力

緯度

經度

比測記錄

層次

主溫

輔溫

實驗室鹽度

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觀測者：-------------------------------- 審核人：-------------------------------- 共 頁/第 頁

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