摘 要: 现有常规 CTD采水器测控系统自动化程度低、操作复杂。为此, 基于 LabV IEW 软件开发了深海气密采水器测控系统,研究温度、盐度和深度测量原理, 进行测控系统的硬、软件设计。 2009年该测控系统在我国 海洋四号" 科考船"HY4- 2009-2"航次中成功应用, 在中国海南试验中实现对深海气密采水器的快速、精确控制, 并实时进行温度、盐度和深度等参数的采集、处理、显示和存储。海上试验表明, 该测控系统具有测量与控制精度高、运行稳定可靠、自动化程度高、操作简便等特点, 获得科研人员较好评价。该方法可推广到其他海洋仪器、设备的测控系统中应用。
关键词: 气密采水器; LabV IEW; 测量与控制; 海上试验
1 引 言
研究表明, 通过快速探测和追踪海水中 CH4、H2 S、CO2、H2 等示踪性气体的异常分布特征, 可为寻找海底热液、冷泉和天然气水合物等海洋资源提供快速而有效的线索。为此我们利用压力自适应平衡技术设计出种深海气密采水器, 搭载在一般科考船上均配有的温盐深采水器 ( conductivity tem perature depth profiler, CTD) 上使用, 不仅能够快速采集到深海特定层位上的海水样品, 而且还能完整保留海水样品里的气体成分。
要实现快速、准确地采样到科研人员所要的样品, 就需要有一套可靠性高、操作性能好的测控系统。至今CTD采水器已发展多年, 测控系统的硬件和软件都有商业化产品。但现有的 CTD 采水器测控系统价格较高, 测量与控制需要分别打开两个操作界面,且自动化程度低、操作复杂, 操作人员需要经专门训练。如何构建性价比高、自动化程度高、操作简便的测控系统, 是科研人员一直关注的问题。
在测控系统中选用性价比高硬件, 自行开发测控软件, 选择美国 National Instrum ents公司开发的, 被称为是工程师和科学家开发语言的 LabV IEW 作为开发平台,LabV IEW 是实验室虚拟仪器集成环境 ( laboratory v irtualinstrument engineering workbench)的简称, 是一种多功能的图形化编程软件。。通过本测控软件可以在线读取CTD采集的原始数据, 获得温、盐、深数据, 在指定的深度下发送控制命令给释放机构, 触发采水器采样。该测控系统在我国海洋四号科考船 2009年的-HY4-2009-2的航次上应用, 成功对深海气密采水器进行实时、快速和精确测量与控制, 科研人员无需经过复杂训练即可完成操作, 获得科研人员较好评价。
4 测控系统的软件设计
开发测控系统的软件结构示意图如图 3所示, 软件流程图如图 4所示。
在 L abVIEW 强大功能的支持下, 只需一个操作界面就实现了数据实时采集、处理、显示和存储, 并对气密采水器进行快速、精确控制。 LabV IEW 使深海气密采水的操作得到极大的简化,所有的操作在前面板上进行即可,测控系统的操作界面如图 5所示。
5 海上试验
为试验深海气密采水器的性能, 我们在中国南海进行了海上试验, 如图 6所示。深海气密采水器海上试验概况如表 1所示。船上测控系统如图 7所示。
在本次海试中, 深海气密采水器测控系统正常工作,成功对 1194m 深的海水进行气密采样, 12个采水器均正常采样, 测控系统所记录了深海气密采水器一个下放、回收过程的温度、盐度和深度原始信息如图8、图9和图10所示, 可看出测控系统准确、稳定、可靠。
6 结 论
1)基于美国 N I公司 LabVIEW 软件平台的深海气密采水器测控系统, 充分利用了 LabV IEW 的强大功能, 得到开发效率更高和功能更完备的测控系统, 完成与 CTD之间数据的实时采集、分析、记录和保存等, 对气密采水器进行快速、精确控制, 实现全面自动化。
2)本测控系统, 自动化程度高, 大大简化了操作, 降低了科研人员的工作强度, 提高了测控的精度和效率, 增强了测控系统的稳定性, 提高了深海气密采水器的可靠性。并在海上试验中, 取得了很好的效果。此测控系统开发中取得的经验, 可在其他海洋仪器、设备的测控系统中应用推广。