多功能淺海時(shí)間系列沉積物捕獲和觀測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多功能淺海時(shí)間系列沉積物捕獲和觀測(cè)裝置，涉及海洋采樣和觀測(cè)技術(shù)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是：在上部圓環(huán)和下部圓盤之間設(shè)置有沉積物捕獲單元，在下部圓盤的下部設(shè)置有沉積物存儲(chǔ)單元，沉積物捕獲單元的底部和沉積物存儲(chǔ)單元的上部對(duì)接，收集和存儲(chǔ)沉積物；在中部圓環(huán)的兩側(cè)分別設(shè)置有環(huán)境觀測(cè)單元和自動(dòng)控制單元，沉積物存儲(chǔ)單元和環(huán)境觀測(cè)單元分別與自動(dòng)控制單元電氣連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。本發(fā)明采用時(shí)間系列控制，便于對(duì)海洋沉積作用進(jìn)行階段性和連續(xù)變化的研究；采樣的同時(shí)跟蹤記錄海水環(huán)境參數(shù)，為沉積環(huán)境的微變化對(duì)沉積作用影響的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；適用于淺海沉降顆粒物質(zhì)的采樣及其相關(guān)海水環(huán)境的觀測(cè)。
【專利說明】多功能淺海時(shí)間系列沉積物捕獲和觀測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋采樣和觀測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種多功能淺海時(shí)間系列沉積物捕獲和觀測(cè)裝置，可用于淺海沉降顆粒物質(zhì)的采樣及其相關(guān)海水環(huán)境的觀測(cè)。

【背景技術(shù)】
[0002]海洋沉積環(huán)境是指海洋沉積物的堆積環(huán)境，其特征主要取決于堆積環(huán)境中的水動(dòng)力條件及物理、化學(xué)與生物過程。受波浪、海流和引力等多種因素的影響，在現(xiàn)代海洋范圍內(nèi)，無論從橫向或縱向(深度)來看，海水的動(dòng)力條件都不是均一的。根據(jù)溫度、鹽度、壓力及水動(dòng)力條件等自然特征的不同，可以把海域劃分成不同的沉積環(huán)境，每一個(gè)海洋環(huán)境又可以反映其沉積物的特征。鹽度是海水濃度的標(biāo)志，海洋中的許多現(xiàn)象和過程都與其分布和變化息息相關(guān)。而海水溫度及壓力的變化影響海洋生物族群的生長(zhǎng)與消亡。而海流流速的變化通常會(huì)對(duì)沉積速率產(chǎn)生影響。因此，通過海水溫鹽深及流速等海洋環(huán)境參數(shù)微變化的測(cè)量研究沉積物成分及速率的變化，對(duì)于海水環(huán)境對(duì)海洋沉積作用影響的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]海洋顆粒物質(zhì)記錄了海洋物理、化學(xué)和生物過程的有關(guān)信息。沉積物捕獲器是布放于海水中用于收集海洋沉降顆粒物質(zhì)的一種采樣設(shè)備，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)在一定時(shí)間內(nèi)獲取正在沉降的顆粒物質(zhì)。時(shí)間系列沉積物捕獲器可以通過設(shè)定一定的時(shí)間系列對(duì)水域中不同深度的沉降顆粒物質(zhì)進(jìn)行時(shí)空尺度上的高分辨率通量測(cè)量，是目前進(jìn)行海洋顆粒物質(zhì)通量研究不可或缺的重要方法，沉積物捕獲器是目前海洋沉積學(xué)、海洋化學(xué)、海洋生物學(xué)、海洋工程地質(zhì)學(xué)及海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中非常實(shí)用的先進(jìn)采樣設(shè)備之一。
[0004]目前，國內(nèi)僅有少數(shù)幾家單位擁有該類取樣設(shè)備，國外雖有不少國家使用了該類取樣設(shè)備，但僅實(shí)現(xiàn)了一定時(shí)間段內(nèi)的自動(dòng)采樣，沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣時(shí)間內(nèi)海水環(huán)境的變化進(jìn)行定時(shí)跟蹤觀測(cè)。無法實(shí)現(xiàn)通過較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)海水環(huán)境參數(shù)微變化的記錄，分析沉積環(huán)境變化對(duì)沉積作用過程的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種多功能淺海時(shí)間系列沉積物捕獲和觀測(cè)裝置。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
采用步進(jìn)電機(jī)和棘齒傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)采樣瓶的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，并通過自動(dòng)控制單元按照預(yù)先設(shè)置的時(shí)間系列和工作流程收集沉降顆粒，定時(shí)跟蹤觀測(cè)并記錄海水環(huán)境參數(shù)。
[0007]具體地說，多功能淺海時(shí)間系列沉積物捕獲和觀測(cè)裝置(簡(jiǎn)稱裝置)的結(jié)構(gòu)是: 包括框架單元、沉積物捕獲單元、沉積物存儲(chǔ)單元、環(huán)境觀測(cè)單元和自動(dòng)控制單元； 框架單元是由6根等距離包羅水平放置的上部圓環(huán)、中部圓環(huán)和下部圓盤的垂直放置的圓管連接而成的圓筒形框架，是本裝置的支撐體；
在上部圓環(huán)和下部圓盤之間設(shè)置有沉積物捕獲單元，在下部圓盤的下部設(shè)置有沉積物存儲(chǔ)單元，沉積物捕獲單元的底部和沉積物存儲(chǔ)單元的上部對(duì)接，捕獲和存儲(chǔ)沉積物；
在中部圓環(huán)的兩側(cè)分別設(shè)置有環(huán)境觀測(cè)單元和自動(dòng)控制單元，沉積物存儲(chǔ)單元和環(huán)境觀測(cè)單元分別與自動(dòng)控制單元電氣連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積物存儲(chǔ)單元和環(huán)境觀測(cè)單元的控制。
[0008]本裝置的使用方法及工作機(jī)理是:
在裝置投入使用前采用外接計(jì)算機(jī)連接本裝置的自動(dòng)控制單元，對(duì)自動(dòng)控制單元進(jìn)行激活及初始化設(shè)定，包括采樣時(shí)間間隔的設(shè)定和傳感器觀測(cè)時(shí)間間隔的設(shè)定。確定需要研究沉積速率的海域后，將該裝置與可回收錨系連接，并投入海中。裝置在到達(dá)指定時(shí)間后啟動(dòng)工作，在自身自動(dòng)控制單元的控制下，進(jìn)行采樣并定時(shí)切換采樣瓶，定時(shí)啟動(dòng)各傳感器觀測(cè)溫度、鹽度、壓力和海水流速等海洋環(huán)境參數(shù)并存儲(chǔ)至存儲(chǔ)器。完成全部時(shí)間系列的采樣及觀測(cè)工作后停止工作，等待回收。回收后，即可獲取所需海洋沉積樣品，連接外接計(jì)算機(jī)后即可獲取跟蹤海水環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的記錄。
[0009]本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
①采用時(shí)間系列控制，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)定定時(shí)切換采樣瓶，便于對(duì)海洋沉積作用進(jìn)行階段性和連續(xù)變化的研究；
②采樣的同時(shí)跟蹤記錄海水環(huán)境參數(shù)，為沉積環(huán)境的微變化對(duì)沉積作用影響的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；
③低功耗設(shè)計(jì)，可滿足長(zhǎng)時(shí)間采樣及觀測(cè)的需要；
④操作簡(jiǎn)便，對(duì)裝置進(jìn)行初始化設(shè)定后，即可投入海中，采樣及觀測(cè)過程無需人工干預(yù)；
⑤適用于淺海沉降顆粒物質(zhì)的采樣及其相關(guān)海水環(huán)境的觀測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2為固定盤21的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為轉(zhuǎn)動(dòng)盤22的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4.1為光電定位器25無狹縫251時(shí)的工作說明示意圖；
圖4.2為光電定位器25有狹縫251時(shí)的工作說明示意圖；
圖5為自動(dòng)控制單元40的結(jié)構(gòu)方框圖；
圖6為單片機(jī)41的工作流程圖。
[0011]圖中:
00—框架單元，
01一上部圓環(huán),02—中部圓環(huán)，03—下部圓盤，04一圓管。
[0012]10—沉積物捕獲單元，
11 一維形漏斗，12 一蜂窩巢。
[0013]20—沉積物存儲(chǔ)單元，
21一固定盤，
211—固定盤中央圓孔，212—傳動(dòng)軸，213—固定盤顆粒接收孔；
22—轉(zhuǎn)動(dòng)盤，
221—轉(zhuǎn)動(dòng)盤中央圓孔，222—棘齒，223—轉(zhuǎn)動(dòng)盤顆粒接收孔； 23一米樣瓶；
241—步進(jìn)電機(jī)，242—齒輪,243—傳動(dòng)鏈；
25一光電定位器，
251—狹縫；
252—線性LED光源，253—感光元件CCD，254—信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊；
A一光發(fā)射線，B一光反射線。
[0014]30—環(huán)境觀測(cè)單元，
31 —溫度傳感器，32—壓力傳感器，33—鹽度計(jì)，34—流速計(jì)。
[0015]40—自動(dòng)控制單元，
41一單片機(jī)，
411一主程序模塊，412一驅(qū)動(dòng)模塊，
413—存儲(chǔ)模塊，414一和通訊模塊；
42—存儲(chǔ)器，43—日歷時(shí)鐘，44 一驅(qū)動(dòng)電路，
45—高能電池及穩(wěn)壓電路。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明:
一、裝置
1、總體
如圖1，本裝置包括框架單元00、沉積物捕獲單元10、沉積物存儲(chǔ)單元20、環(huán)境觀測(cè)單元30和自動(dòng)控制單元40 ；
框架單元00是由6根等距離(60° X6)包羅水平放置的上部圓環(huán)01、中部圓環(huán)02和下部圓盤03的垂直放置的圓管04連接而成的圓筒形框架，是本裝置的支撐體；
在上部圓環(huán)01和下部圓盤03之間設(shè)置有沉積物捕獲單元10，在下部圓盤03的下部設(shè)置有沉積物存儲(chǔ)單元20，沉積物捕獲單元10的底部和沉積物存儲(chǔ)單元20的上部對(duì)接，捕獲和存儲(chǔ)沉積物；
在中部圓環(huán)02的兩側(cè)分別設(shè)置有環(huán)境觀測(cè)單元30和自動(dòng)控制單元40，沉積物存儲(chǔ)單元20和環(huán)境觀測(cè)單元30分別與自動(dòng)控制單元40電氣連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積物存儲(chǔ)單元20和環(huán)境觀測(cè)單元30的控制。
[0017]2、功能單元 I)框架單元00
(I)上部圓環(huán)01位于距圓管04頂端5cm處；
內(nèi)徑60cm,外徑64cm,壁厚2mm,鈦合金材料；
圓環(huán)實(shí)體橫軸線上等距離設(shè)置6處2cm直徑的圓孔，以用于焊接圓管04。
[0018](2)中部圓環(huán)02位于框架單元00中部，直徑75cm，其左側(cè)在垂直方向上與上部圓環(huán)01平齊，并在與上部圓環(huán)01的對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置6處同樣2cm直徑的圓孔，以用于焊接圓管04 ；
中部圓環(huán)02右側(cè)按照“四筒”形設(shè)置4處5cm直徑的圓孔，以用于安裝和固定溫度傳感器31、壓力傳感器32、鹽度傳感器33和流速計(jì)34。
[0019](3)下部圓盤03位于框架單元00中下部，距圓管04底端22cm;
直徑64cm，厚1cm，主要用于安裝沉積物捕獲單元10和沉積物存儲(chǔ)單元20 ；
其位置在垂直方向上與上部圓環(huán)01平行，并于對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置6處2cm直徑的圓孔，與圓管04焊接；下部圓盤03中央設(shè)置直徑6cm的中央圓孔，以便錐形漏斗11尾部通過；中央圓孔右側(cè)12cm處設(shè)置直徑3cm的右側(cè)圓孔，用于安裝轉(zhuǎn)動(dòng)盤22轉(zhuǎn)動(dòng)軸；其次，下部圓盤03上還設(shè)置有相應(yīng)孔位供光電定位器25和步進(jìn)電機(jī)241的供電線路通過。
[0020](4)圓管04為鈦合金圓管，每根長(zhǎng)80cm,外徑2cm,內(nèi)徑1.5cm,壁厚0.5cm ； 頂端至2cm處設(shè)置有螺紋，下端2cm處設(shè)置預(yù)留孔，預(yù)留孔直徑0.5cm,可通過連接結(jié)構(gòu)與錨系系統(tǒng)相連。
[0021]I)沉積物捕獲單元10
如圖1，沉積物捕獲單元10由上下連接的蜂窩巢12和錐形漏斗11組成。
[0022]錐形漏斗11的頂部?jī)?nèi)徑60cm，集樣面積為0.28m2，采用天然聚乙烯材料制作，以防止水樣遭受污染；
蜂窩巢12是防止大型的游泳生物侵入錐形漏斗11，并減少錐形漏斗11內(nèi)部渦漩的產(chǎn)生，避免已經(jīng)捕獲的沉積物(顆粒)因再懸浮而漏損。
[0023]2)沉積物存儲(chǔ)單元20
如圖1，沉積物存儲(chǔ)單元20由固定盤21、轉(zhuǎn)動(dòng)盤22、采樣瓶23、步進(jìn)電機(jī)241、齒輪242、傳動(dòng)鏈243、光電定位器25組成；
其位置和連接關(guān)系是:
固定于下部圓盤03下面的固定盤21和轉(zhuǎn)動(dòng)盤22通過傳動(dòng)軸212上下設(shè)置；
如圖2，在固定盤21的左側(cè)與錐形漏斗11尾孔對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置有直徑5cm的固定盤顆粒接收孔213，以固定盤顆粒接收孔213與固定盤中央圓孔211的中心連線為軸，從底部向內(nèi)安裝有光電定位器25 ；
如圖3，在轉(zhuǎn)動(dòng)盤22的外緣處均于設(shè)置有13個(gè)直徑5cm的轉(zhuǎn)動(dòng)盤顆粒接收孔223，其中O處為O號(hào)孔，不安裝采樣瓶23，其余I?12孔安裝采樣瓶23 ;在轉(zhuǎn)動(dòng)盤22內(nèi)，在轉(zhuǎn)動(dòng)盤顆粒接收孔223與轉(zhuǎn)動(dòng)盤中央圓孔221的中心連線處分別設(shè)置有13條2mm寬、5cm長(zhǎng)、5mm深的狹縫251,用于光電定位器25的定位；
步進(jìn)電機(jī)241、齒輪242、傳動(dòng)鏈243和轉(zhuǎn)動(dòng)盤22依次連接，帶動(dòng)采樣瓶23轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0024]工作原理是:
由步進(jìn)電機(jī)241、齒輪242和傳動(dòng)鏈243組成驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤22轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)采樣瓶23的自動(dòng)轉(zhuǎn)換；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤22的轉(zhuǎn)動(dòng)盤顆粒接收孔223和固定盤21的固定盤顆粒接收孔213上下位置重合時(shí)，即光電定位器25檢測(cè)到狹縫251位置時(shí)，實(shí)現(xiàn)無縫、零偏移對(duì)接，便將信號(hào)傳送到自動(dòng)控制單元40,步進(jìn)電機(jī)241接收到自動(dòng)控制單元40的指令停止工作進(jìn)入休眠狀態(tài)，使按I?12孔安裝的12個(gè)采樣瓶23按時(shí)間序列分別收集沉淀物。
[0025](I)固定盤 21
如圖2,固定盤21是一種由鈦合金制成的直徑32cm的圓盤,中央設(shè)置2cm的固定盤中央圓孔211供傳動(dòng)軸212通過，并通過傳動(dòng)軸212固定于下部圓盤03的下面；固定盤21的左側(cè)與錐形漏斗11尾孔對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置有直徑5cm的固定盤顆粒接收孔213，以固定盤顆粒接收孔213與固定盤中央圓孔211的中心連線為軸，從底部向內(nèi)安裝有光電定位器25。
[0026]在固定盤21下面，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤22的轉(zhuǎn)動(dòng)盤顆粒接收孔223處布設(shè)有聚四氟乙烯制的“O”型彈性密封環(huán)，以實(shí)現(xiàn)每個(gè)采樣周期結(jié)束時(shí)對(duì)采樣瓶23的瓶口的完全密封。
[0027](2)轉(zhuǎn)動(dòng)盤 22
如圖3，轉(zhuǎn)動(dòng)盤22是一種由鈦合金制成的直徑32cm的圓盤，中央設(shè)置2cm的轉(zhuǎn)動(dòng)盤中央圓孔221連接傳動(dòng)軸212，并可繞傳動(dòng)軸212轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)動(dòng)盤22的外緣設(shè)置棘齒222，以便與傳動(dòng)鏈243嚙合驅(qū)動(dòng)其繞傳動(dòng)軸212轉(zhuǎn)動(dòng)；在轉(zhuǎn)動(dòng)盤22上，距外緣0.5cm處等距離設(shè)置13個(gè)直徑5cm的轉(zhuǎn)動(dòng)盤顆粒接收孔223，其中I處為O號(hào)孔，不安裝采樣瓶23，其余12孔安裝采樣瓶23 ;在轉(zhuǎn)動(dòng)盤22內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤顆粒接收孔223與轉(zhuǎn)動(dòng)盤中央圓孔221的中心連線處設(shè)置2mm寬、5cm長(zhǎng)、5mm深的狹縫251,用于光電定位器25的定位。
[0028](3)采樣瓶 23
采樣瓶23為一種采用天然聚乙烯材料制作的柱狀瓶，直徑5cm，高15cm，容積約300ml。
[0029](4)光電定位器25
如圖4.1、4.2，光電定位器25是一種光電二維空間定位結(jié)構(gòu)，由線性LED光源252、感光元件(XD253和信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊254組成；
線性LED光源252的光發(fā)射線A垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)盤22的盤面，感光元件(XD253接收線性LED光源252的光反射線B ；
信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊254和感光元件CCD253連接，將光反射線B轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后傳送到自動(dòng)控制單元40。
[0030]其工作機(jī)理是:當(dāng)設(shè)置于固定盤21上的光電定位器25中的線性LED光源252掃過光滑的轉(zhuǎn)動(dòng)盤22的盤面時(shí)，感光元件CCD253可接收到正常的反射光，當(dāng)遇到轉(zhuǎn)動(dòng)盤22的定位狹縫251時(shí)，感光元件CCD253無法接收到反射光，即定位到狹縫251位置，此時(shí)采樣瓶23到位，信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊254將到位信號(hào)傳回自動(dòng)控制單元40。
[0031]3)環(huán)境觀測(cè)單元30
環(huán)境觀測(cè)單元30包括溫度傳感器31、壓力傳感器32、鹽度傳感器33和流速計(jì)34，分別與自動(dòng)控制單元40連接。
[0032]環(huán)境觀測(cè)單元30的作用在于按照預(yù)定程序定時(shí)、連續(xù)測(cè)量采樣區(qū)域內(nèi)海水環(huán)境參數(shù)，研究海水環(huán)境參數(shù)隨時(shí)間的變化及對(duì)沉積作用的影響。
[0033]環(huán)境觀測(cè)單元30根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間系列，在自動(dòng)控制單元40的指令的控制下，定時(shí)測(cè)定采樣區(qū)域的海水溫度、壓力、鹽度和海水流速等海水環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳入自動(dòng)控制單元40的存儲(chǔ)器42內(nèi)，為后期海水環(huán)境參數(shù)隨時(shí)間變化及對(duì)沉積影響的研究提供有效的分析數(shù)據(jù)。非工作時(shí)間段內(nèi)，全部傳感器皆處于休眠狀態(tài)，以減小功耗。
[0034](I)溫度傳感器31
采用北京中儀友信科技有限公司提供的TSD-1ATY精密低溫型溫度傳感器，測(cè)量溫度范圍-40?100°C，精度0.01 °C，具有不銹鋼外殼、全密封、防水和防腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。
[0035](2)壓力傳感器32
采用廣東廣儀電子儀器有限公司生產(chǎn)的PTG501型液體壓力傳感器，該傳感器采用電阻應(yīng)變計(jì)為感壓芯片，不銹鋼防水材料外殼，最大可承受壓力150MPa。
[0036](3)鹽度傳感器33
采用上海陸基機(jī)電科技有限公司自主研發(fā)的ZA-CL61-A0001型智能鹽度傳感器，采用高精度鹽度電極，支持標(biāo)準(zhǔn)MODBUS RTU/ACSII工業(yè)數(shù)據(jù)總線協(xié)議，采用RS-232/RS-485接口輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)水體鹽度數(shù)據(jù)采集、外部命令校準(zhǔn)、自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)裙δ?；量程范圍O?50ppm,分辨率 0.0lppn1
[0037](4)流速計(jì) 34
采用日本川鐵JFE公司生產(chǎn)的INFINITY-ΕΜ小型流速計(jì)，可實(shí)現(xiàn)微流速測(cè)量，流速測(cè)量范圍O?500cm/s，分辨率0.02cm/s。
[0038]4、自動(dòng)控制單元40
如圖5，自動(dòng)控制單元40由單片機(jī)41、存儲(chǔ)器42、日歷時(shí)鐘43、驅(qū)動(dòng)電路44和高能電池及穩(wěn)壓電路45組成，位于密封艙內(nèi)，密封艙安裝在下部圓環(huán)03的上面。
[0039]高能電池及穩(wěn)壓電路45提供電源；
存儲(chǔ)器42、日歷時(shí)鐘43和驅(qū)動(dòng)電路44分別與單片機(jī)41連接。
[0040]其主要作用是按預(yù)先設(shè)定的工作程序和時(shí)間系列自動(dòng)控制沉積物存儲(chǔ)單元20和環(huán)境觀測(cè)單元30的運(yùn)行情況，記錄并存儲(chǔ)所獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)，完成與外接計(jì)算機(jī)的聯(lián)機(jī)通訊等。步進(jìn)電機(jī)241的開機(jī)與停機(jī)、傳感器的啟動(dòng)與休眠都由自動(dòng)控制單元40的程序控制，而控制程序的設(shè)定是在裝置初始化時(shí)通過外接計(jì)算機(jī)的操作而實(shí)現(xiàn)。
[0041](I)單片機(jī) 41
是自動(dòng)控制單元40的核心，要求其性能必須穩(wěn)定可靠而且盡可能降低功耗。采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F2122A型單片機(jī)，該單片機(jī)為Flash型，可反復(fù)編程，且內(nèi)部集成了 A/D轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)崿F(xiàn)沉積物捕獲器的控制功能，而且具有超低功耗、處理能力強(qiáng)、外圍模塊豐富、適應(yīng)工業(yè)級(jí)運(yùn)行環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。
[0042]內(nèi)嵌的控制軟件主要包括主程序模塊411、驅(qū)動(dòng)模塊412、存儲(chǔ)模塊413和通訊模塊 414。
[0043]主程序模塊411分別與驅(qū)動(dòng)模塊412、存儲(chǔ)模塊413和通訊模塊414交互。
[0044]*主程序模塊411負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化、休眠管理以及控制其他模塊的工作；
*驅(qū)動(dòng)模塊412負(fù)責(zé)根據(jù)時(shí)間設(shè)定判斷是否切換采樣瓶、是否啟動(dòng)各項(xiàng)傳感器的工作；
*存儲(chǔ)模塊413負(fù)責(zé)將采樣數(shù)據(jù)及各傳感器傳回的觀測(cè)數(shù)據(jù)按照一定規(guī)則進(jìn)行存儲(chǔ)；*通訊模塊414則負(fù)責(zé)與外接計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，以完成系統(tǒng)初始化的設(shè)定，以及將所獲取的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳回外接計(jì)算機(jī)。
[0045]如圖6，工作流程是:
①系統(tǒng)初始化A;
②判斷是否到達(dá)裝置設(shè)定的開始觀測(cè)時(shí)間B，是則進(jìn)入下一步驟，否則執(zhí)行硬件系統(tǒng)休眠N，再繼續(xù)步驟②；
③傳感器啟動(dòng)C;
④判斷是否到達(dá)裝置設(shè)定的結(jié)束觀測(cè)時(shí)間D，是則進(jìn)行下一步驟，否則跳轉(zhuǎn)到步驟③；
⑤傳感器關(guān)閉E，觀測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)F；
⑥判斷是否到達(dá)裝置設(shè)定的采樣間隔時(shí)間G，是則進(jìn)行下一步驟，否則執(zhí)行硬件系統(tǒng)休眠N，再繼續(xù)步驟②；
⑦電機(jī)驅(qū)動(dòng)H； ⑧判斷是否采樣瓶到位I，是則執(zhí)行下一步驟，否則跳轉(zhuǎn)至步驟⑦；
⑨電機(jī)關(guān)閉J，采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)K;
⑩判斷是否到達(dá)裝置設(shè)定的結(jié)束時(shí)間L，是則工作結(jié)束M，否則執(zhí)行硬件系統(tǒng)休眠N，再繼續(xù)步驟②。
[0046](2)存儲(chǔ)器單元42
采用低功耗的“Flash”存儲(chǔ)器M25P40;該存儲(chǔ)器抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好，可以滿足沉積物捕獲器設(shè)置參數(shù)存儲(chǔ)、海水環(huán)境觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄的工作要求。
[0047](3)日歷時(shí)鐘單元43
采用具有內(nèi)置晶振、支持II C串行接口的高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片SD2400E，該芯片內(nèi)置年、月、日、星期、時(shí)、分、秒共7字節(jié)的報(bào)警數(shù)據(jù)寄存器及I字節(jié)的報(bào)警允許寄存器，時(shí)鐘精度年誤差小于2.5min。
[0048](4)驅(qū)動(dòng)電路44
實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制功能，要求根據(jù)控制端的電平?jīng)Q定導(dǎo)通與關(guān)斷。根據(jù)裝置需要，采用固態(tài)繼電器作為步進(jìn)電機(jī)241及環(huán)境觀測(cè)單元30的驅(qū)動(dòng)開關(guān)，固態(tài)繼電器具有光電隔離、電子開關(guān)無觸點(diǎn)、驅(qū)動(dòng)電壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。
[0049](5 )高能電池及穩(wěn)壓電路45
采用特別訂制的鋰電池(電壓為9V，可充電)及MAX667穩(wěn)壓電路，可以檢測(cè)電池工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)可控開關(guān)功能。
【權(quán)利要求】
1.一種多功能淺海時(shí)間系列沉積物捕獲和觀測(cè)裝置，其特征在于: 包括框架單元((^))、沉積物捕獲單元(1(0、沉積物存儲(chǔ)單元(20^環(huán)境觀測(cè)單元(30)和自動(dòng)控制單元(40)； 框架單元(00)是由6根等距離包羅水平放置的上部圓環(huán)〔00、中部圓環(huán)(02)和下部圓盤(03)的垂直放置的圓管(04)連接而成的圓筒形框架，是本裝置的支撐體； 在上部圓環(huán)(01)和下部圓盤(03)之間設(shè)置有沉積物捕獲單元(10),^^^^^(03)的下部設(shè)置有沉積物存儲(chǔ)單元(20),沉積物捕獲單元(10)的底部和沉積物存儲(chǔ)單元(20)的上部對(duì)接，收集和存儲(chǔ)沉積物； 在中部圓環(huán)(02)的兩側(cè)分別設(shè)置有環(huán)境觀測(cè)單元(30)和自動(dòng)控制單元(40),沉積物存儲(chǔ)單元(20)和環(huán)境觀測(cè)單元(30)分別與自動(dòng)控制單元(40)電氣連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積物存儲(chǔ)單元(20)和環(huán)境觀測(cè)單元(30)的控制。
2.按權(quán)利要求1所述的沉積物捕獲和觀測(cè)裝置，其特征在于: 所述的沉積物捕獲單元(10)由上下連接的蜂窩巢(12)和錐形漏斗(11)組成。
3.按權(quán)利要求1所述的沉積物捕獲和觀測(cè)裝置，其特征在于: 所述的沉積物存儲(chǔ)單元(20)由固定盤〔20、轉(zhuǎn)動(dòng)盤(22^采樣瓶(23^步進(jìn)電機(jī)(241 ^,^(2421^^^(243)和光電定位器(25)組成； 其位置和連接關(guān)系是: 固定于下部圓盤(03)下面的固定盤(21)和轉(zhuǎn)動(dòng)盤(22)通過傳動(dòng)軸(212) 上下設(shè)置； 在固定盤(21)的左側(cè)與錐形漏斗(11)尾孔對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置有直徑5挪的固定盤顆粒接收孔(213),以固定盤顆粒接收孔(213)與固定盤中央圓孔(211)的中心連線為軸，從底部向內(nèi)安裝有光電定位器(25)； 在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(22)的外緣處均于設(shè)置有13個(gè)直徑5(^1的轉(zhuǎn)動(dòng)盤顆粒接收孔(223),其中0處為0號(hào)孔，不安裝采樣瓶(23),其余1?12孔安裝采樣瓶(23):在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(22)內(nèi)，在轉(zhuǎn)動(dòng)盤顆粒接收孔(223)與轉(zhuǎn)動(dòng)盤中央圓孔(221)的中心連線處分別設(shè)置有13條2皿寬、5(^1長(zhǎng)、5111111深的狹縫(251),用于光電定位器(25)的定位； 步進(jìn)電機(jī)(241)、齒輪(242 )、傳動(dòng)鏈(243 )和轉(zhuǎn)動(dòng)盤(22 )依次連接，帶動(dòng)采樣瓶(23 )轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述的光電定位器(25)是一種光電二維空間定位機(jī)構(gòu)，由線性[￡0光源(252^感光兀件(253)和信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊(254)組成； 線性1^0^^(252)的光發(fā)射線(八)垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)盤(22)的盤面，感光元件(253)接收線性[￡0光源(252)的光反射線(8)； 信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊(254)和感光元件(253)連接，將光反射線(8)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后傳送到自動(dòng)控制單元(40)。
4.按權(quán)利要求1所述的沉積物捕獲和觀測(cè)裝置，其特征在于: 所述的環(huán)境觀測(cè)單元(30)包括分別與自動(dòng)控制單元(40)連接的溫度傳感 器(31^壓力傳感器(32^鹽度傳感器(33)和流速計(jì)(34^
5.按權(quán)利要求1所述的沉積物捕獲和觀測(cè)裝置，其特征在于: 所述的自動(dòng)控制單元(40)由單片機(jī)〔40、存儲(chǔ)器(42^日歷時(shí)鐘(43^驅(qū)動(dòng)電路(44)和高能電池及穩(wěn)壓電路(45)組成； 高能電池及穩(wěn)壓電路(45)提供電源； 存儲(chǔ)器(42^日歷時(shí)鐘(43)和驅(qū)動(dòng)電路(44)分別與單片機(jī)(41)連接。
6.按權(quán)利要求1?5所述的沉積物捕獲和觀測(cè)裝置，其特征在于: 所述的單片機(jī)(41)內(nèi)嵌的控制軟件主要包括主程序模塊〔410、驅(qū)動(dòng)模塊(412^存儲(chǔ)模塊(413)和通訊模塊(414)； 主程序模塊(411)分別與驅(qū)動(dòng)模塊(412^存儲(chǔ)模塊(413)和通訊模塊(414)交互； 主程序模塊(411)負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化、休眠管理以及控制其他模塊的工作； 驅(qū)動(dòng)模塊(412)負(fù)責(zé)根據(jù)時(shí)間設(shè)定判斷是否切換采樣瓶、是否啟動(dòng)各項(xiàng)傳感器的工作； 存儲(chǔ)模塊(413)負(fù)責(zé)將采樣數(shù)據(jù)及各傳感器傳回的觀測(cè)數(shù)據(jù)按照一定規(guī)則進(jìn)行存儲(chǔ)；通訊模塊(414)則負(fù)責(zé)與外接計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，以完成系統(tǒng)初始化的設(shè)定，以及將所獲取的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳回外接計(jì)算機(jī)； 其工作流程是: ①系統(tǒng)初始化(八)； ②判斷是否到達(dá)系統(tǒng)設(shè)定的開始觀測(cè)時(shí)間(8),是則進(jìn)入下一步驟，否則執(zhí)行硬件系統(tǒng)休眠(幻，再繼續(xù)步驟②； ③傳感器啟動(dòng)(0； ④判斷是否到達(dá)系統(tǒng)設(shè)定的結(jié)束觀測(cè)時(shí)間(0),是則進(jìn)行下一步驟，否則跳轉(zhuǎn)到步驟③； ⑤傳感器關(guān)閉(￡),觀測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)； ⑥判斷是否到達(dá)系統(tǒng)設(shè)定的采樣間隔時(shí)間(幻，是則進(jìn)行下一步驟，否則執(zhí)行硬件系統(tǒng)休眠(幻，再繼續(xù)步驟②； ⑦電機(jī)驅(qū)動(dòng)(?)； ⑧判斷是否采樣瓶到位(1),是則執(zhí)行下一步驟，否則跳轉(zhuǎn)至步驟⑦； ⑨電機(jī)關(guān)閉(了)，采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(10； ⑩判斷是否到達(dá)系統(tǒng)設(shè)定的結(jié)束時(shí)間化)，是則工作結(jié)束(1),否則執(zhí)行硬件系統(tǒng)休眠(幻，再繼續(xù)步驟②。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK104458344SQ201410772885
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】張瑞端, 劉志杰, 余佳, 殷汝廣, 程永壽 申請(qǐng)人:國家海洋信息中心