CN111505060A - 一种海洋皮肤层盐度测量浮标 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋皮肤层盐度测量浮标。包括：盐度计，安装于测量浮标的水线附近，以使盐度计的电导池能够测量海洋皮肤层的盐度，海洋皮肤层的深度范围为大于第一预设值小于第二预设值；第一水位检测器，位于盐度计的电导池上方，用于检测海水表面是否到达第一水位检测器；第二水位检测器，位于第一水位检测器的上方，用于检测海水表面是否达到第二水位检测器，当海水表面到达第二水位检测器所在位置时，盐度计的测量位置的海深等于第二预设值；主控模块，用于在海水表面到达第一水位检测器所在位置且没有到达第二水位检测器所在位置时，将盐度计测得的盐度信息通过通信模块进行传输。本发明能够对海洋皮肤层的盐度进行测量。

Description

一种海洋皮肤层盐度测量浮标

技术领域

本发明涉及海洋观测技术领域，特别是涉及一种海洋皮肤层盐度测量浮标。

背景技术

海洋皮肤层是指海水表面以下0～0.05m的水体，海洋皮肤层盐度(Sea SurfaceSalinity，SSS)作为描述海洋基本性质的一个重要参量，在全球水循环和大洋环流中扮演着至关重要的角色，也是全球气候变化的一项重要指标。SSS还是观测驱动海洋环流输入的热通量以及影响海洋—大气***界面动量的关键因子，为全球水—气循环研究提供依据；同时它也是研究水团的重要流量示踪物，为水团分析以及全球海洋模式等研究提供了参数依据；SSS变化对海洋储存和释放热能产生影响，进而对海洋—地球气候的调节产生深远影响，对深入研究和准确预报ENSO事件也有重要意义。

卫星遥感是目前仅有的大范围、连续观测SSS的方法，克服了其他观测方法在观测范围和时间连续性等方面远远不能满足研究需要的困难，成为获取大范围海洋皮肤层盐度的有效手段。但是，卫星遥感测量数据必须用现场测量数据进行实时验证与校正，目前常用的现场校正设备主要包括表面漂流浮标、多参数海洋资料浮标、Argo浮标等。但是这些常规浮标的测量数据一般测量的是海表面以下0.5m以深的盐度数据。如表面漂流浮标和多参数海洋资料浮标的盐度传感器一般设置于浮标底部，根据浮标尺寸的不同，其盐度传感器一般位于水线以下0.5m—1.5m左右的位置；Argo浮标在深度0～200m内的采样间隔为10m。而常用卫星遥感方法测得的海表盐度为0.05m以浅的数据。研究表明，在五级以下海况时，海表面0.05m和0.5m处的盐度存在较大差异，所以将上述常规浮标测量数据作为卫星遥感测量标定校准数据标准容易产生较大的校准误差。

受常规漂流浮标和锚系浮标的盐度测量机理、尺寸、随波性等条件限制，无法简单地通过改变盐度传感器距离水线的距离来实现对海洋皮肤层盐度的测量。这是因为如果盐度传感器距离水面较近(0～0.05m)，即使该浮标的随波性很好，在浮标运动至最高点时，其盐度传感器也会由于浮标惯性而窜出水面而裸露于空气中，从而无法准确获取海水盐度，而造成较大的测量误差。

针对卫星遥感测量实时验证与校正需求，非常有必要研制一种能够获取0～0.05m深度范围内海面皮肤层盐度数据的新型浮标，实现海洋皮肤层盐度的现场测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够对海洋皮肤层的盐度进行测量的浮标。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种海洋皮肤层盐度测量浮标，包括：浮体、盐度计、第一水位检测器、第二水位检测器、主控模块和通信模块；

所述盐度计，安装于所述测量浮标的水线附近，以使所述盐度计的电导池能够测量海洋皮肤层的盐度，所述海洋皮肤层的深度范围为大于第一预设值小于第二预设值；

所述第一水位检测器，位于所述盐度计的电导池上方，用于检测海水表面是否到达所述第一水位检测器所在位置；

所述第二水位检测器，位于所述第一水位检测器的上方，且与所述电导池的垂直距离为设定值，用于检测海水表面是否达到所述第二水位检测器所在位置，所述设定值满足以下条件：当海水表面到达所述第二水位检测器所在位置时，所述盐度计的测量位置与海面的距离等于所述第二预设值；

所述通信模块，与所述主控模块电连接；

所述主控模块，用于采集第一水位检测器的第一检测信号以及第二水位检测器的第二检测信号，并在所述第一检测信号表示海水表面到达所述第一水位检测器所在位置且所述第二检测信号表示海水表面没有到达所述第二水位检测器所在位置时，将所述盐度计测得的盐度信息通过所述通信模块进行传输。

可选的，所述海洋皮肤层盐度测量浮标还包括通过连接杆与所述浮体连接的仪器舱，所述主控模块设置于所述仪器舱内部。

可选的，所述盐度计安装于所述仪器舱的上端面，且所述浮体与所述盐度计相对应的位置开设有孔，所述孔的尺寸大于所述盐度计的尺寸。

可选的，所述海洋皮肤层盐度测量浮标还包括温度测量模块，安装于所述盐度计的壳体上，位于所述电导池附近的设定范围内，且在竖直方向上低于所述电导池的上边缘。

可选的，所述水位检测器包括位于同一水平线上的第一金属探针和第二金属探针，所述第一金属探针的一端、第二金属探针的一端分别与所述主控模块的第一信号采集端和第二信号采集端电连接。

可选的，所述水位检测器为光线传感器或压力传感器。

可选的，所述第一水位检测器和所述第二水位检测器设置于所述盐度计的壳体上，且所述第一水位检测器、所述第二水位检测器以及所述电导池位于同一竖直直线上。

可选的，所述海洋皮肤层盐度测量浮标还包括压力传感器和设置于仪器舱内部的姿态传感器，所述姿态传感器用于测量盐度计的姿态，所述压力传感器用于测量所述姿态传感器所处深度的压力。

可选的，所述海洋皮肤层盐度测量浮标还包括温盐深仪，所述温盐深仪与所述仪器舱通过承力电源缆连接。

可选的，所述海洋皮肤层盐度测量浮标还包括柔性浮体，所述柔性浮体的厚度和/或材料密度小于所述浮体的厚度和/或材料密度，所述柔性浮体与所述浮体的周边连接。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的海洋皮肤层盐度测量浮标通过将盐度计安装于浮标的水线附近，并设置第一水位检测器和第二水位检测器，且当海水表面位于第一水位检测器和第二水位检测器之间时，盐度计测量的盐度信息为海洋皮肤层的盐度信息。主控模块采集第一水位检测器和第二水位检测器的输出信息，根据该输出信息确定海水表面是否位于第一水位检测器和第二水位检测器之间，并在海水表面位于第一水位检测器和第二水位检测器之间时，将盐度计测量的盐度信息作为有效信息进行传输。解决了由于海洋皮肤层过浅以及浮标波动所带来的测量误差，提供了一种能够准确测量海洋皮肤层盐度的测量浮标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的海洋皮肤层盐度测量浮标的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的水位检测器安装位置示意图；

图3为本发明实施例1提供的水位检测器的具体结构示意图；

图4为本发明实施例2提供的海洋皮肤层盐度测量浮标的结构示意图；

图5(a)和图5(b)为本发明实施例2提供的第一水位检测器的海深计算原理图；

图6为本发明实施例3提供的海洋皮肤层盐度测量浮标的结构示意图；

图7为本发明实施例4提供的海洋皮肤层盐度测量浮标的结构示意图。

1、通信模块；2、盐度计；21、盐度计壳体；22、第二水位检测器；23、第一水位检测器；24、温度测量模块；25、电导池；26、支杆；221、第二水位检测器的第一金属探针；222、第二水位检测器的第二金属探针；231、第一水位检测器的第一金属探针；232、第一水位检测器的第二金属探针；3、浮体；4、仪器舱；5、姿态传感器；6、主控模块；7、压力传感器；8、承力电源缆；9、水下舱；10、温盐深仪探头；11、柔性浮体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例提供的海洋皮肤层盐度测量浮标包括：浮体3、盐度计2、第一水位检测器、第二水位检测器、主控模块6和通信模块1。盐度计2，安装于测量浮标的水线附近，以使盐度计2的电导池能够测量海洋皮肤层的盐度，海洋皮肤层的深度范围为大于第一预设值小于第二预设值，其中，第一预设值可以为0，第二预设值可以为0.05m，但不局限于上述数值，也就是说本发明可以测量海洋皮肤层的盐度，也适用于测量其他深度的海水盐度。第一水位检测器23，位于盐度计2的电导池上方，可以在竖直方向上紧靠电导池设置，用于检测海水表面是否到达第一水位检测器所在位置，当海水表面到达第一水位检测器时，电导池已完全进入水中，可实现对海水盐度的测量。第二水位检测器，位于第一水位检测器的上方，且与电导池的垂直距离为设定值，用于检测海水表面是否达到第二水位检测器所在位置，设定值满足以下条件：当海水表面到达第二水位检测器所在位置时，盐度计2所测位置的海深等于第二预设值。主控模块6，采集第一水位检测器的第一检测信号以及第二水位检测器的第二检测信号，并在第一检测信号表示海水表面到达第一水位检测器所在位置且第二检测信号表示海水表面没有到达第二水位检测器所在位置时，将盐度计2测得的盐度信息通过通信模块1进行传输，在第一检测信号表示海水表面没有到达第一水位检测器所在位置，以及第二检测信号表示海水表面到达第二水位检测器所在位置时，舍弃盐度计2测量的盐度信息，保障了主控模块6传输出去的盐度数据是海深大于第一预设值小于第二预设值处的盐度数据。

在本实施例中，浮体3一般可以采用EVA材料，并在外喷涂聚脲，以提供足够的浮力，并为盐度计2位于浮标水线附近提供可能性。

在本实施例中，盐度计2安装于浮标水线附近的具体安装方式可以如图1所示，盐度计2安装于载物台上，可以调整载物台距离浮体3的距离来使盐度计2的测量位置位于浮标水线附近。作为一种可选的实施方式，载物台与浮体3通过支撑杆连接，具体的，载物台可以通过均匀分布的三个支撑杆与浮体3连接。当然，技术人员也可以根据本领域的惯用手段将载物台与浮体3通过其他方式连接。

在本实施例中，盐度计2竖直立于载物台的上端面上，在其他实施例中，盐度计2也可以固定于载物台的侧面，以能够实现对海洋皮肤层盐度的测量为原则，并不仅限于本实施例中的安装方式。

主控模块6安装于仪器舱4内部，仪器舱4固定于浮体3下方，在本实施例中，仪器舱4的上端面即为本实施例中所述的载物台，当然，在其他的实施例中，载物台与仪器舱4也可以不相关。

本实施例提供的浮标还可以包括温度测量模块，比如热敏电阻，安装于盐度计2附近，用于测量盐度计2所测位置的温度，根据温度测量模块测量得到的温度以及盐度计2测量得到的电导率，计算所测位置的盐度信息。作为一种优选的实施方式，该温度测量模块可以设置于盐度计2的壳体上，而且，原则上，温度测量模块在竖直方向上低于电导池的上边缘，且靠近电导池。浮体3与盐度计2相对应的位置开设有孔，且该孔的尺寸要比盐度计2横截面的尺寸大得多，比如，可以是仪器舱4上端面尺寸的两倍以上，以避免浮体3距离盐度计2太近，影响温度测量模块所测温度的准确性。在本实施例中，孔为圆形孔，浮体3为环形浮体3，当然，孔并不限于圆形孔，也可以为其他形状的孔，浮体3也不仅限于环形浮体3。

在本实施例中，第一水位检测器和第二水位检测器可以为相同的水位检测器，作为一种可选的实施方式，该水位检测器可以包括位于同一水平线上的第一金属探针和第二金属探针，第一金属探针和第二金属探针在结构设置上绝缘，比如，二者不接触且固定二者的结构之间绝缘等，第一金属探针的一端、第二金属探针的一端分别与主控模块6的第一信号采集端和第二信号采集端电连接。当海水表面到达水位检测器所在位置时，由于海水导电，此时第一金属探针和第二金属探针将导通，主控模块6检测到二者导通时，则可以确定海水表面到达了水位检测装置处。在其他的实施方式中，该水位检测器还可以为光线传感器，当光线传感器检测到光强发生变化时，比如，由较高的光强变化为较低的光强(具体的光强值可以由本领域技术人员根据实际的情况自行设定)，此时，则认为海水表面到达了水位检测器处。在另一种实施方式中，该水位检测器还可以为压力传感器，由于压力传感器在海水中受到的压力与在空气中受到的压力不同，可根此来确定海水表面是否到达水位检测器处。当然，本发明的水位检测器并不限于以上几种情况，凡是能够对未被海水浸没和被海水浸没两种状态进行区分(并且能够在浮标上进行安装)的器件均位于本发明水位检测器的保护范围内。

在本实施例中，作为一种可选的实施方式，如图2所示，第一水位检测器23和第二水位检测器22设置于盐度计2的壳体上，且第一水位检测器23、第二水位检测器22以及电导池25位于同一竖直直线上。当然，也可以不将第一水位检测器23和第二水位检测器22安装在盐度计2的壳体上，单独设置第一水位检测器23和第二水位检测器22的支撑结构，将其安装于支撑结构上。另外，第一水位检测器23的轴线、第二水位检测器22的轴线以及电导池25的轴线也可以不位于同一竖直直线上，第一水位检测器23、第二水位检测器22位置的设置以海水表面位于第一水位检测器23以及第二水位检测器22之间时，盐度计2的测量位置为海洋皮肤层(或海深位于大于第一预设值小于第二预设值)为准。

图3所示的两金属探针位于盐度计壳体21的两侧，当然，两金属探针也可以位于盐度计壳体21的同侧，只要两个金属探针位于同一水平直线上即可，基于该思想的其他设置形式也位于本发明的保护范围中。

实施例2

如图4所示，本实施例提供的海洋皮肤层盐度测量浮标还包括压力传感器7和设置于仪器舱4内部的姿态传感器5，姿态传感器5用于测量盐度计2的姿态，压力传感器7用于测量姿态传感器5所处深度的压力。

可选的，具体安装方式可以如下：姿态传感器5安装在仪器舱4中，压力传感器7可以安装在仪器舱4的外壁上，压力传感器7的轴线与姿态传感器5的X轴重合，压力传感器7轴线与电导池25轴线平行且均位于姿态传感器5的XOZ平面内。计算原理如图5a和图5b所示，图5a给出了第一水位检测器23与压力传感器7的相对位置，两者之间的距离固定为L。当浮标随着波浪起伏摇摆时，浮标开始倾斜，如图5b所示，第一水位检测器23进入海面以下，与海面的距离为h。此时姿态传感器5可以给出浮标的倾斜角度θ，压力传感器7测量出其与海面的距离为H。从图5b中可知第一水位检测器与海面的距离为：h＝H-H₁＝H-L·cosθ，此方法中以第一水位检测器的位置作为电导池位置的基准，由于第一水位检测器与电导池之间的相对距离已知，因此可以根据第一水位检测器的海深计算电导池的海深。如果第一水位检测器紧靠电导池，那么第一水位检测器的海深也可以作为电导池的海深。以上具体安装方式以及计算方法仅仅是确定盐度计所测位置的海深的一种方法，当然还可以利用姿态传感器以及压力传感器采用其他安装方式以及计算方法确定盐度计所测位置的海深。

本实施例在第一检测信号表示海水表面到达第一水位检测器所在位置且第二检测信号表示海水表面没有到达第二水位检测器所在位置时，将盐度信息以及测量位置的水深通过通信模块进行传输。本实施例其他部分与实施例1相同。

实施例3

如图6所示，本实施例提供的海洋皮肤层盐度测量浮标还包括温盐深仪，所述温盐深仪与所述仪器舱4通过承力电源缆8连接，温盐深仪位于水下仓底部，包括温盐深仪探头10和位于水下舱9内的处理模块，测量水深1m左右的常规表层温盐深数据，与浮标测量的皮肤层的盐度进行对比，获得两者之间的差值关系，便于探索浅水层与皮肤层之间盐度差异的科学规律。本实施例其他部分与实施例1或实施例2相同。

实施例4

海洋皮肤层盐度测量浮标还包括柔性浮体11，柔性浮体11的厚度小于浮体3的厚度，或者柔性浮体11的材料密度小于浮体3的材料密度，或者柔性浮体11的厚度以及测量密度均小于浮体3的厚度以及材料密度。柔性浮体11与浮体3的周边连接，如图7所示。柔性浮体11的制备可采用以下方式：对厚度5mm的柔性泡沫膜外部进行聚脲喷涂，然后用防水帆布包住该泡沫膜。柔性浮体11与浮体3的连接方式可以如下：柔性浮体11可以由防水帆布包裹泡沫膜后再多留出一定宽度的余边，在余边上设置硬质耐腐蚀器眼。用耐磨绳穿过器眼后与浮标体上的预留孔连接。

在发明随海浪起伏时，柔性浮体可以提高整体的运动阻尼提升浮标与海水之间的吸附力，在浮标运动到海浪最高点时，避免由于惯性脱离水面。如果浮标经常脱离水面容易造成测量误判，影响测量精度。

本实施例其他部分与实施例1或实施例2或实施例3相同。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种海洋皮肤层盐度测量浮标，其特征在于，包括：浮体、盐度计、第一水位检测器、第二水位检测器、主控模块和通信模块；

所述盐度计，安装于所述测量浮标的水线附近，以使所述盐度计的电导池能够测量海洋皮肤层的盐度，所述海洋皮肤层的深度范围为大于第一预设值小于第二预设值；

所述第一水位检测器，位于所述盐度计的电导池上方，用于检测海水表面是否到达所述第一水位检测器所在位置；

所述第二水位检测器，位于所述第一水位检测器的上方，且与所述电导池的垂直距离为设定值，用于检测海水表面是否达到所述第二水位检测器所在位置，所述设定值满足以下条件：当海水表面到达所述第二水位检测器所在位置时，所述盐度计的测量位置与海面的距离等于所述第二预设值；

所述通信模块，与所述主控模块电连接；

所述主控模块，用于采集第一水位检测器的第一检测信号以及第二水位检测器的第二检测信号，并在所述第一检测信号表示海水表面到达所述第一水位检测器所在位置且所述第二检测信号表示海水表面没有到达所述第二水位检测器所在位置时，将所述盐度计测得的盐度信息通过所述通信模块进行传输。

2.根据权利要求1所述的海洋皮肤层盐度测量浮标，其特征在于，所述海洋皮肤层盐度测量浮标还包括通过连接杆与所述浮体连接的仪器舱，所述主控模块设置于所述仪器舱内部。

3.根据权利要求1所述的海洋皮肤层盐度测量浮标，其特征在于，所述盐度计安装于所述仪器舱的上端面，且所述浮体与所述盐度计相对应的位置开设有孔，所述孔的尺寸大于所述盐度计的尺寸。

4.根据权利要求1所述的海洋皮肤层盐度测量浮标，其特征在于，所述海洋皮肤层盐度测量浮标还包括温度测量模块，安装于所述盐度计的壳体上，位于所述电导池附近的设定范围内，且在竖直方向上低于所述电导池的上边缘。

5.根据权利要求1所述的海洋皮肤层盐度测量浮标，其特征在于，所述水位检测器包括位于同一水平线上的第一金属探针和第二金属探针，所述第一金属探针的一端、第二金属探针的一端分别与所述主控模块的第一信号采集端和第二信号采集端电连接。

6.根据权利要求1所述的海洋皮肤层盐度测量浮标，其特征在于，所述水位检测器为光线传感器或压力传感器。

7.根据权利要求1所述的海洋皮肤层盐度测量浮标，其特征在于，所述第一水位检测器和所述第二水位检测器设置于所述盐度计的壳体上，且所述第一水位检测器、所述第二水位检测器以及所述电导池位于同一竖直直线上。

8.根据权利要求3所述的海洋皮肤层盐度测量浮标，其特征在于，所述海洋皮肤层盐度测量浮标还包括压力传感器和设置于仪器舱内部的姿态传感器，所述姿态传感器用于测量盐度计的姿态，所述压力传感器用于测量所述姿态传感器所处深度的压力。

9.根据权利要求1所述的海洋皮肤层盐度测量浮标，其特征在于，所述海洋皮肤层盐度测量浮标还包括温盐深仪，所述温盐深仪与所述仪器舱通过承力电源缆连接。

10.根据权利要求1-9任一项所述的海洋皮肤层盐度测量浮标，其特征在于，所述海洋皮肤层盐度测量浮标还包括柔性浮体，所述柔性浮体的厚度和/或材料密度小于所述浮体的厚度和/或材料密度，所述柔性浮体与所述浮体的周边连接。

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