一种基于光纤通信的探测装置、系统及方法
一种基于光纤通信的探测装置、系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及海洋环境信息监测技术领域，尤其涉及一种基于光纤通信的探测装 置、系统及方法。
【背景技术】
[0002] 投弃式温度探头（expendablebathythermograph，简称XBT)，可以在不影响船舰 航行状态下，快速获取海洋温度剖面，用来解决船舰在机动状态下的海洋环境参数测量问 题，同时也是海洋调查、水声探测等方面非常重要的测量装备和测量手段。
[0003] XBT主要由姿态控制部件、温度传感器、信号传输线等组成。探头上的姿态控制部 件，使探头按照一定的规律在海水中下降。投放XBT后，当探头到达海面时，数据采集板上 的计时器开始计时，这样由探头的下降速度和下降时间，就可以计算出探头在海水中的深 度值；同时，装在探头前端的温度传感器，把海水的温度值按一定的规律，转换成相应的电 阻值，并通过信号传输线，把温度传感器的电阻值，实时地传输到数据采集器中用于采样。 根据电阻值就可以计算出当前海水的温度值，从而得到海水的温度深度剖面。中国专利 (申请号CN201020223746. 6)提出了一种XBT的设计方法，包括抛弃式探头组合、发射装置 等。该专利所述设计方法利用水面采集系统采集探头中温度传感器的阻值，海洋深度数据 通过探头下降时间估计得到，这种方式获得的深度数据精度不够，重复性与一致性也较差。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的，在于提供一种基于光纤通信的探测装置、系统及方法，利用光纤通 信系统可以将探测装置中分别获取的与海洋深度、温度相关的数据实时传递给上位机，上 位机再把相关数据传递给计算机。本发明利用温度传感器和压力传感器直接测量海洋温度 和深度数据，更加准确的测量海水深度数据，获得的深度数据信息准确性高，重复性与一致 性较好；利用光纤通讯抗干扰能力强，传输速率高，传输距离远等特点，将抛弃式探头中数 据采集模块采集的数据实时地传递至计算机，解决了需要通过探头下降时间估计海洋深度 的问题，对探头的下降速度及投放方式没有限制。
[0005] 第一方面，本发明提供了一种基于光纤通信的探测装置，包括压力采集模块、温度 采集模块、处理器和电光转换模块；
[0006] 压力采集模块用于采集压力信号，并将压力信号发送给所述处理器；
[0007] 温度采集模块用于采集温度信号，并将温度信号发送给所述处理器；
[0008] 处理器用于将压力信号和温度信号发送给电光转换模块；
[0009] 电光转换模块用于分别将压力信号转换为第一光信号，以及将温度信号转换为第 二光信号，并进行发送。
[0010] 优选地，压力采集模块包括压力传感器、放大电路以及发送单元；
[0011] 压力传感器用于采集压力信号；
[0012] 放大电路用于将压力信号进行放大处理；
[0013] 发送单元用于将处理后的压力信号发送给处理器。
[0014] 优选地，温度采集模块包括：温度传感器、调理电路以及发送单元；
[0015] 温度传感器用于采集所述温度信号；
[0016] 调理电路用于对温度信号进行调制处理；
[0017] 发送单元用于将调制处理后的温度信号发送给所述处理器。
[0018] 优选地，处理器包括：
[0019] 接收单元和发送单元；
[0020] 接收单元分别接收压力采集模块发送的压力信号和温度采集模块发送的温度信 号；
[0021] 发送单元将压力信号以及温度信号发送给电光转换模块。
[0022] 第二方面，本发明提供了一种基于光纤通信的探测系统，包括如权利要求1所述 的装置、上位机和计算机；
[0023] 上位机接收所述电光转换模块发送的第一光信号和第二光信号，并将第一光信号 和第二光信号转换为第一电信号和第二电信号，再将第一电信号和第二电信号发送给计算 机；
[0024] 计算机根据第一电信号，确定海洋深度信息；
[0025] 计算机根据第二电信号，确定海洋温度信息。
[0026] 优选地，上位机包括光电转换模块和485总线模块；
[0027] 光电转换模块用于接收电光转换模块发送的第一光信号和第二光信号，并将第一 光信号和第二光信号转换为第一电信号和第二电信号；
[0028] 上位机通过485总线模块将第一电信号和第二电信号发送给计算机。
[0029] 第三方面，本发明提供了一种基于光纤通信的探测方法，所述方法包括：
[0030] 采集压力信号；
[0031] 采集温度信号；
[0032] 将压力信号转换为第一光信号，以及将温度信号转换为第二光信号；
[0033] 将第一光信号和第二光信号分别转换为第一电信号和第二电信号，再将第一电信 号和第二电信号进行发送；
[0034] 根据第一电信号确定海洋深度信息；
[0035] 根据第二电信号确定海洋温度信息。
[0036] 本发明提供的一种基于光纤通信的温深度探测装置、系统及方法，利用光纤通信 系统可以将探测装置中分别获取的与海洋深度、温度相关的数据实时传递给上位机，上位 机再把相关数据传递给计算机。本发明利用温度传感器和压力传感器直接测量海洋温度和 深度数据，更加准确的测量海水深度数据，获得的深度数据信息准确性高，重复性与一致性 较好；利用光纤通讯抗干扰能力强，传输速率高，传输距离远等特点，将抛弃式探头中数据 采集模块采集的数据实时地传递至计算机，解决了需要通过探头下降时间估计海洋深度的 问题，对探头的下降速度及投放方式没有限制。
【附图说明】
[0037] 图1为本发明实施例提供的一种基于光纤通信的探测装置的结构示意图；
[0038]图2为压力采集模块的结构示意图；
[0039]图3为温度采集模块结构示意图；
[0040] 图4为压力采集模块中的压力传感器及放电电路工作原理图；
[0041] 图5为温度采集模块中的温度传感器及调理电路工作原理图；
[0042]图6为本发明实施例提供的一种基于光纤通信的探测系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0043] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0044] 第一方面，本发明提供了一种基于光纤通信的探测装置，图1为本发明实施例提 供的一种基于光纤通信的探测装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：
[0045] 压力采集模块10、温度采集模块20、处理器30、电光转换模块40;
[0046] 压力采集模块10包括压力传感器101、放大电路102以及发送单元103 (如图2所 示）。压力传感器101用于采集海水的压力信号；放大电路102用于对采集到的压力信号 进行放大处理；发送单元103用于将处理后的压力信号发送给处理器30。温度采集模块20 包括温度传感器201、调理电路202以及发送单元203 (如图3所示）。温度传感器201用 于采集海水的温度信号；调理电路202用于对采集到的温度信号进行调制处理；发送单元 203用于将调理后的温度信号发送给处理器30。
[0047] 需要说明的是，其中压力采集模块10中的发送单元103和温度采集模块20中的 发送单元203可以通过计算机进行控制，使压力采集模块10中的发送单元103和温度采集 模块20中的发送单元203分时段的将压力信号和温度信号分别发送至处理器中。例如：压 力采集模块10中的发送单元103在第一时间段 将压力信号发送至处理器30中；第二时间 段，温度采集模块20中的发送单元203将温度信号发送至处理器30中，以此类推。处理器 30包括了接收单元以及发送单元。处理器30中的接收单元包括两个接收通道，用于分别接 收压力采集模块10中的发送单元103发送的压力信号，以及温度采集模块20中的发送单 元203发送的温度信号；处理器30中的发送单元将接收到的压力信号和温度信号传送至电 光转换模块40。其中，电光转换模块40将接收到的压力信号转换为第一光信号，以及将温 度信号转换为第二光信号，并将第一光信号和第二光信号通过光纤电缆进行发送。
[0048] 其中，压力采集模块的具体工作原理如下：
[0049] 图4为压力采集模块中的压力传感器及放电电路工作原理图，如图4所示，放大电 路包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、数字电位器（图中未示出）以 及电阻R1~R9 ;
[0050] 压力传感器（本图中并未标出压力传感器，压力传感器的四端分别对应连接电源 V01的四个端子，即4v端子连接电源V01的4V端子，VO+、VO-分别对应连接压力传感器的 两个输出端，接地端子连接电源V01的接地端子，并通过V01的接地端子接地，所以图中的 V01的4个端子可以视为压力传感器的4个连接端子）的正4V端子连接电阻R1的第一端 与电阻R2的第一端之间的结点；正输出端与负输出端分别连接第一运算放大器的正输入 端与第二运算放大器的正输入端；压力传感器的接地端子接地；电阻R1的第二端通过数字 电位器的第一通道与第一运算放大器的负输入端相连接（图中L0与H0之间为数字电位器 的第一通道，数字电位器在图中并未标出）；电阻R2的第二端与第二运算放大器的负输入 端相连接；电阻R3的第一端连接电阻R2与所述第二运算放大器负输入端之间的结点；电 阻R3的第二端通过数字电位器的第二通道与第一运算放大器的负输入端相连接（图中L1 与H0之间为数字电位器的第二通道，数字电位器在图中并未标出）；第一运算放大器的负 输入端通过电阻R4与该运算放大器的输出端相连接，电阻R5的第一端与第二运算放大器 的负输入端相连接，第二端与第二运算放大器的输出端相连接；电阻R6的第一端与第二运 算放大器的输出端和电阻R5的第二端之间的节点相连接；电阻R6的第二端与第三运算放 大器的负输入端相连接；电阻R7的第一端与第一运算放大器的输出端和电阻R4之间的结 点相连接；第二端与第三运算放大器的正输入端连接；第三运算放大器的正输入端还连接 电阻R9的第一端；负输入端连接电阻R8的第一端；第三运算放大器的输出端连接电阻R8 的第二端；电阻R9的第二端接地。
[0051] 此外，压力采集模块还包括：第一恒压源（4V)以及第二恒压源（1. 8V);第一恒压 源，用于为压力采集模块中除了第三运算放大器以外的所有电路提供电压；第二恒压源，用 于为第三运算放大器提供电压。
[0052] 需要说明的是上述所介绍的数字电位器的主要作用是为了调整该电路中的零点 和满量程输出，第一通道的电阻和第二通道中的电阻可以分别记为RdO和Rdl。
[0053] 其中，经放大电路放大处理后的压力信号Vp的具体表达式如下式所示：
[0055] 由于所求出的经放大电路放大处理后的压力信号数值￥5与海洋的深度成线性关 系，所以当计算机获取海水压力相关的数值\时，就可以相应的计算出海洋的深度。
[0056] 其中，温度采集模块的具体工作原理如下：
[0057] 图5为本发明提供的温度采集模块中的温度传感器及调理电路工作原理图，如图 5所示，温度传感器测量电路（即调理电路与温度传感器共同组成的电路）具体包括：第三 恒压源，电阻R14~R17以及电阻R19,温度传感器RT1，第四运算放大器以及第五运算放大 器；
[0058] 第三恒压源（1. 8V)的输出端分别连接电阻R15的第一端，第四运算放大器的电源 端子中的正极输入端，以及电阻R17的第一输入端；电阻R15的第二端连接电阻R14的第一 端；电阻R14的第二端接地；第四运算放大器的正输入端连接至电阻R15与电阻R14之间的 结点；第四运算放大器的负输入端连接该运算放大器的输出端与电阻R16第一端之间的结 点；第四运算放大器的电源端子中的负输入端接地；
[0059] 电阻R16的第二端连接至第五运算放大器的负输入端与电阻R19第一端之间的结 占.
[0060] 电阻R17的第二端连接至第五运算放大器的正输入端与温度传感器RT1第一端之 间的结点；
[0061] 温度传感器RT1的第二端接地；
[0062] 第五运算放大器的输出端连接至电阻R19的第二端。
[0063] 需要说明的是，第三恒压源的电压为1.8V，该恒压源作为温度传感器RT1的激励 电源，同时该恒压源提供温度测量时的A/D转换器的基准参考电压。这样的设计消除了激 励源变化对A/D输出结果的影响，从而降低了对基准电源的要求，提高了测量的稳定性。并 且，温度传感器RT1上串联一个电阻R17,起到了分压作用，用于限制流过温度传感器的电 流，减小自发热导致的测量误差。根据该电路输出的经调制电路调制处理后的温度信号Vwt 的具体表达式如下式所示：
[0065] 由式2-1可以看出，合理调整各电阻的阻值，就可以将输出电压限定在0V至A/D 的满刻度输入范围内。该式还说明除R17 (R17为低温漂电阻，当温度变化较大时，电阻值也 几乎不会发生改变）以外，如果其他各电阻元件具有相同的温度系数，则不会影响测量结 果。
[0066] 本实施例中分压电阻R17选用温度系数小、性能稳定的金属膜电阻。运算放大器 选用低温漂、低噪声的运算放大器，保证了测量稳定性和精确度。
[0067] 本发明实施例提供的一种基于光纤通信的探测装置，利用光纤通信可以将探测装 置中分别获取的与海洋深度、温度的相关数据实时的传递给上位机，上位机再把相关数据 传递给计算机，并通过计算机实时计算海洋温度信息以及海洋深度信息。本发明利用温度 传感器和压力传感器直接测量海洋温度和深度数据，更加准确的测量海水深度数据，获得 的深度数据信息准确性高，重复性与一致性较好；利用光纤通讯抗干扰能力强，传输速率 高，传输距离远等特点，将抛弃式探头中数据采集模块采集的数据实时地传递至计算机，解 决了需要通过探头下降时间估计海洋深度的问题，对探头的下降速度及投放方式没有限 制。
[0068] 第二方面，本发明提供了一种基于光纤通信的探测系统，图6为本发明实施例提 供的一种基于光纤通信的探测系统的结构示意图；如图6所示，该系统包括了第一方面介 绍的基于光纤通信的探测装置50、上位机60以及计算机90 ;其中，探测装置50与上位机60 之间通过光纤电缆连接；上位机60与计算机之间通过双绞线连接。
[0069] 探测装置中的电光转换模块40用于将第一光信号和第二光信号发送至上位机60 中。如图4所不，上位机60包括光电转换模块70和485总线模块80 ;光电转换模块用于 接收电光转换发送的第一光信号和第二光信号，并将第一光信号转换为第一电信号，以及 将第二光信号转换为第二电信号；上位机60通过485总线模块80,根据485总线的通信协 议，将第一电信号和第二电信号通过双绞线发送至计算机90中。计算机90按照一定的规 则将第一电信号和第二电信号在数据帧中解析，根据第一电信号计算海洋深度信息，根据 第二电信号计算海洋温度信息。
[0070] 具体的，因为第一电信号与海洋的深度成线性关系，所以根据一定的比例关系，计 算机90可以通过第一电信号计算出海洋的深度信息。
[0071] 同样，计算机90根据第二电信号计 算温度传感器中的热敏电阻的阻值，根据热敏 电阻的阻值，通过热敏电阻的阻值一温度曲线常用Steinhart-Hart方程进行拟合：
[0072] 1/T=A+Bln(R)+C(InR)3 (3-1)
[0073] 式中：
[0074] T一绝对温度（K° );
[0075] R-热敏电阻的阻值（⑴
[0076]A，B，C一曲线拟合的常数。
[0077]在所需的测温范围内选取三个温度点即可确定方程中的常数项。在实际应用中往 往取更多温度点进行校准，可以得到更精确的拟合曲线。进而相应的计算出海洋的温度信 息。
[0078] 本发明实施例提供的一种基于光纤通信的探测系统，利用光纤通信可以将探测装 置中分别获取的与海洋深度、温度相关的数据实时的传递给上位机，上位机再把相关数据 传递给计算机，并通过计算机实时计算海洋深度信息以及海洋温度信息。本发明中利用温 度传感器和压力传感器直接测量海洋温度和深度数据，更加准确的测量海水深度数据，获 得的深度数据信息准确性高，重复性与一致性较好；利用光纤通讯抗干扰能力强，传输速 率高，传输距离远等特点，将抛弃式探头中数据采集模块采集的数据实时地传递至计算机， 解决了需要通过探头下降时间估计海洋深度的问题，对探头的下降速度及投放方式没有限 制。
[0079] 第三方面，相对应的，本发明还提供了一种基于光纤通信的探测方法，该方法包括 以下步骤：
[0080] 首先分别采集压力信号和温度信号，然后分别将压力信号转换为第一光信号，以 及将温度信号转换为第二光信号，再通过光纤电缆传输给上位机，在上位机中第一光信号 转换为第一电信号，以及第二光信号转换为第二电信号。基于485总线的通信协议，将第一 电信号和第二电信号通过双绞线，传送至计算机中，计算机根据第一电信号确定海洋深度 信息，根据第二电信号确定海洋温度信息。
[0081] 本发明实施例提供的一种基于光纤通信的探测装置、系统及方法，利用光纤通信 可以将探测装置中分别获取的与海洋温度、深度的相关数据实时的传递给上位机，上位机 再把相关数据传递给计算机，通过计算机实时计算海洋温度信息以及海洋深度信息。本发 明中利用温度传感器和压力传感器直接测量海洋温度和深度数据，更加准确的测量海水深 度数据，获得的深度数据信息准确性高，重复性与一致性较好；利用光纤通讯抗干扰能力 强，传输速率高，传输距离远等特点，将抛弃式探头中数据采集模块采集的数据实时地传递 至计算机，解决了需要通过探头下降时间估计海洋深度的问题，对探头的下降速度及投放 方式没有限制。
[0082] 专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的 单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬 件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。 这些功能宄竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。 专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现 不应认为超出本发明的范围。
[0083] 结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的 软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM)、内存、只读存储器 (ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域 内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0084] 以上所述的【具体实施方式】，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限定本发明 的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于光纤通信的探测装置，其特征在于，包括压力采集模块、温度采集模块、处 理器和电光转换模块； 所述压力采集模块用于采集压力信号，并将所述压力信号发送给所述处理器； 所述温度采集模块用于采集温度信号，并将所述温度信号发送给所述处理器； 所述处理器用于将所述压力信号和温度信号发送给所述电光转换模块； 所述电光转换模块用于分别将所述压力信号转换为第一光信号，以及将所述温度信号 转换为第二光信号，并进行发送。2. 根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述压力采集模块包括压力传感器、 放大电路以及发送单元； 所述压力传感器用于采集所述压力信号； 所述放大电路用于将所述压力信号进行放大处理； 所述发送单元用于将处理后的压力信号发送给所述处理器。3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度采集模块包括：温度传感器、调 理电路以及发送单元； 所述温度传感器用于采集所述温度信号； 所述调理电路用于对所述温度信号进行调制处理； 所述发送单元用于将调制处理后的温度信号发送给所述处理器。4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器包括： 接收单元和发送单元； 所述接收单元分别接收所述压力采集模块发送的所述压力信号和所述温度采集模块 发送的所述温度信号； 发送单元将所述压力信号以及所述温度信号发送给所述电光转换模块。5. -种基于光纤通信的探测系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的装置、上位机 和计算机； 所述上位机接收所述电光转换模块发送的所述第一光信号和所述第二光信号，并将所 述第一光信号和所述第二光信号转换为第一电信号和第二电信号，再将所述第一电信号和 所述第二电信号发送给所述计算机； 所述计算机根据所述第一电信号，确定海洋深度信息； 所述计算机根据所述第二电信号，确定海洋温度信息。6. 根据权利要求5所述的探测系统，其特征在于，所述上位机包括光电转换模块和485 总线模块； 所述光电转换模块用于接收所述电光转换模块发送的所述第一光信号和所述第二光 信号，并将所述第一光信号和所述第二光信号转换为第一电信号和第二电信号； 所述上位机通过所述485总线模块将所述第一电信号和所述第二电信号发送给所述 计算机。7. -种基于光纤通信的探测方法，其特征在于，所述方法包括： 采集压力信号； 采集温度信号； 将所述压力信号转换为第一光信号，以及将所述温度信号转换为第二光信号； 将所述第一光信号和所述第二光信号分别转换为第一电信号和第二电信号，再将所述 第一电信号和所述第二电信号进行发送； 根据所述第一电信号确定海洋深度信息； 根据所述第二电信号确定海洋温度信息。
【专利摘要】本发明涉及一种基于光纤通信的探测装置、系统及方法，该系统包括：基于光纤通信的探测装置、上位机和计算机。其中，该探测装置用于获取压力信号和温度信号，并将压力信号和温度信号分别转换为第一光信号和第二光信号，再发送到上位机中；上位机把第一光信号和第二光信号分别转换为第一电信号和第二电信号，并通过485总线模块发送给计算机，计算机根据第一电信号计算出海洋深度信息，根据第二电信号计算出海洋温度信息。本发明利用光纤通讯抗干扰能力强，传输速率高，传输距离远等特点，将抛弃式探头中数据采集模块采集的数据实时地传递至计算机，解决了需要通过探头下降时间估计海洋深度的问题，对探头的下降速度及投放方式没有限制。
【IPC分类】G01C13/00, G01K7/22, H04B10/25, G01K13/02
【公开号】CN104897298
【申请号】CN201510290698
【发明人】于钟德, 王晓东, 李春
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月29日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及海洋环境信息监测技术领域，尤其涉及一种基于光纤通信的探测装 置、系统及方法。
【背景技术】
[0002] 投弃式温度探头（expendablebathythermograph，简称XBT)，可以在不影响船舰 航行状态下，快速获取海洋温度剖面，用来解决船舰在机动状态下的海洋环境参数测量问 题，同时也是海洋调查、水声探测等方面非常重要的测量装备和测量手段。
[0003] XBT主要由姿态控制部件、温度传感器、信号传输线等组成。探头上的姿态控制部 件，使探头按照一定的规律在海水中下降。投放XBT后，当探头到达海面时，数据采集板上 的计时器开始计时，这样由探头的下降速度和下降时间，就可以计算出探头在海水中的深 度值；同时，装在探头前端的温度传感器，把海水的温度值按一定的规律，转换成相应的电 阻值，并通过信号传输线，把温度传感器的电阻值，实时地传输到数据采集器中用于采样。 根据电阻值就可以计算出当前海水的温度值，从而得到海水的温度深度剖面。中国专利 (申请号CN201020223746. 6)提出了一种XBT的设计方法，包括抛弃式探头组合、发射装置 等。该专利所述设计方法利用水面采集系统采集探头中温度传感器的阻值，海洋深度数据 通过探头下降时间估计得到，这种方式获得的深度数据精度不够，重复性与一致性也较差。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的，在于提供一种基于光纤通信的探测装置、系统及方法，利用光纤通 信系统可以将探测装置中分别获取的与海洋深度、温度相关的数据实时传递给上位机，上 位机再把相关数据传递给计算机。本发明利用温度传感器和压力传感器直接测量海洋温度 和深度数据，更加准确的测量海水深度数据，获得的深度数据信息准确性高，重复性与一致 性较好；利用光纤通讯抗干扰能力强，传输速率高，传输距离远等特点，将抛弃式探头中数 据采集模块采集的数据实时地传递至计算机，解决了需要通过探头下降时间估计海洋深度 的问题，对探头的下降速度及投放方式没有限制。
[0005] 第一方面，本发明提供了一种基于光纤通信的探测装置，包括压力采集模块、温度 采集模块、处理器和电光转换模块；
[0006] 压力采集模块用于采集压力信号，并将压力信号发送给所述处理器；
[0007] 温度采集模块用于采集温度信号，并将温度信号发送给所述处理器；
[0008] 处理器用于将压力信号和温度信号发送给电光转换模块；
[0009] 电光转换模块用于分别将压力信号转换为第一光信号，以及将温度信号转换为第 二光信号，并进行发送。
[0010] 优选地，压力采集模块包括压力传感器、放大电路以及发送单元；
[0011] 压力传感器用于采集压力信号；
[0012] 放大电路用于将压力信号进行放大处理；
[0013] 发送单元用于将处理后的压力信号发送给处理器。
[0014] 优选地，温度采集模块包括：温度传感器、调理电路以及发送单元；
[0015] 温度传感器用于采集所述温度信号；
[0016] 调理电路用于对温度信号进行调制处理；
[0017] 发送单元用于将调制处理后的温度信号发送给所述处理器。
[0018] 优选地，处理器包括：
[0019] 接收单元和发送单元；
[0020] 接收单元分别接收压力采集模块发送的压力信号和温度采集模块发送的温度信 号；
[0021] 发送单元将压力信号以及温度信号发送给电光转换模块。
[0022] 第二方面，本发明提供了一种基于光纤通信的探测系统，包括如权利要求1所述 的装置、上位机和计算机；
[0023] 上位机接收所述电光转换模块发送的第一光信号和第二光信号，并将第一光信号 和第二光信号转换为第一电信号和第二电信号，再将第一电信号和第二电信号发送给计算 机；
[0024] 计算机根据第一电信号，确定海洋深度信息；
[0025] 计算机根据第二电信号，确定海洋温度信息。
[0026] 优选地，上位机包括光电转换模块和485总线模块；
[0027] 光电转换模块用于接收电光转换模块发送的第一光信号和第二光信号，并将第一 光信号和第二光信号转换为第一电信号和第二电信号；
[0028] 上位机通过485总线模块将第一电信号和第二电信号发送给计算机。
[0029] 第三方面，本发明提供了一种基于光纤通信的探测方法，所述方法包括：
[0030] 采集压力信号；
[0031] 采集温度信号；
[0032] 将压力信号转换为第一光信号，以及将温度信号转换为第二光信号；
[0033] 将第一光信号和第二光信号分别转换为第一电信号和第二电信号，再将第一电信 号和第二电信号进行发送；
[0034] 根据第一电信号确定海洋深度信息；
[0035] 根据第二电信号确定海洋温度信息。
[0036] 本发明提供的一种基于光纤通信的温深度探测装置、系统及方法，利用光纤通信 系统可以将探测装置中分别获取的与海洋深度、温度相关的数据实时传递给上位机，上位 机再把相关数据传递给计算机。本发明利用温度传感器和压力传感器直接测量海洋温度和 深度数据，更加准确的测量海水深度数据，获得的深度数据信息准确性高，重复性与一致性 较好；利用光纤通讯抗干扰能力强，传输速率高，传输距离远等特点，将抛弃式探头中数据 采集模块采集的数据实时地传递至计算机，解决了需要通过探头下降时间估计海洋深度的 问题，对探头的下降速度及投放方式没有限制。
【附图说明】
[0037] 图1为本发明实施例提供的一种基于光纤通信的探测装置的结构示意图；
[0038]图2为压力采集模块的结构示意图；
[0039]图3为温度采集模块结构示意图；
[0040] 图4为压力采集模块中的压力传感器及放电电路工作原理图；
[0041] 图5为温度采集模块中的温度传感器及调理电路工作原理图；
[0042]图6为本发明实施例提供的一种基于光纤通信的探测系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0043] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0044] 第一方面，本发明提供了一种基于光纤通信的探测装置，图1为本发明实施例提 供的一种基于光纤通信的探测装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：
[0045] 压力采集模块10、温度采集模块20、处理器30、电光转换模块40;
[0046] 压力采集模块10包括压力传感器101、放大电路102以及发送单元103 (如图2所 示）。压力传感器101用于采集海水的压力信号；放大电路102用于对采集到的压力信号 进行放大处理；发送单元103用于将处理后的压力信号发送给处理器30。温度采集模块20 包括温度传感器201、调理电路202以及发送单元203 (如图3所示）。温度传感器201用 于采集海水的温度信号；调理电路202用于对采集到的温度信号进行调制处理；发送单元 203用于将调理后的温度信号发送给处理器30。
[0047] 需要说明的是，其中压力采集模块10中的发送单元103和温度采集模块20中的 发送单元203可以通过计算机进行控制，使压力采集模块10中的发送单元103和温度采集 模块20中的发送单元203分时段的将压力信号和温度信号分别发送至处理器中。例如：压 力采集模块10中的发送单元103在第一时间段 将压力信号发送至处理器30中；第二时间 段，温度采集模块20中的发送单元203将温度信号发送至处理器30中，以此类推。处理器 30包括了接收单元以及发送单元。处理器30中的接收单元包括两个接收通道，用于分别接 收压力采集模块10中的发送单元103发送的压力信号，以及温度采集模块20中的发送单 元203发送的温度信号；处理器30中的发送单元将接收到的压力信号和温度信号传送至电 光转换模块40。其中，电光转换模块40将接收到的压力信号转换为第一光信号，以及将温 度信号转换为第二光信号，并将第一光信号和第二光信号通过光纤电缆进行发送。
[0048] 其中，压力采集模块的具体工作原理如下：
[0049] 图4为压力采集模块中的压力传感器及放电电路工作原理图，如图4所示，放大电 路包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、数字电位器（图中未示出）以 及电阻R1~R9 ;
[0050] 压力传感器（本图中并未标出压力传感器，压力传感器的四端分别对应连接电源 V01的四个端子，即4v端子连接电源V01的4V端子，VO+、VO-分别对应连接压力传感器的 两个输出端，接地端子连接电源V01的接地端子，并通过V01的接地端子接地，所以图中的 V01的4个端子可以视为压力传感器的4个连接端子）的正4V端子连接电阻R1的第一端 与电阻R2的第一端之间的结点；正输出端与负输出端分别连接第一运算放大器的正输入 端与第二运算放大器的正输入端；压力传感器的接地端子接地；电阻R1的第二端通过数字 电位器的第一通道与第一运算放大器的负输入端相连接（图中L0与H0之间为数字电位器 的第一通道，数字电位器在图中并未标出）；电阻R2的第二端与第二运算放大器的负输入 端相连接；电阻R3的第一端连接电阻R2与所述第二运算放大器负输入端之间的结点；电 阻R3的第二端通过数字电位器的第二通道与第一运算放大器的负输入端相连接（图中L1 与H0之间为数字电位器的第二通道，数字电位器在图中并未标出）；第一运算放大器的负 输入端通过电阻R4与该运算放大器的输出端相连接，电阻R5的第一端与第二运算放大器 的负输入端相连接，第二端与第二运算放大器的输出端相连接；电阻R6的第一端与第二运 算放大器的输出端和电阻R5的第二端之间的节点相连接；电阻R6的第二端与第三运算放 大器的负输入端相连接；电阻R7的第一端与第一运算放大器的输出端和电阻R4之间的结 点相连接；第二端与第三运算放大器的正输入端连接；第三运算放大器的正输入端还连接 电阻R9的第一端；负输入端连接电阻R8的第一端；第三运算放大器的输出端连接电阻R8 的第二端；电阻R9的第二端接地。
[0051] 此外，压力采集模块还包括：第一恒压源（4V)以及第二恒压源（1. 8V);第一恒压 源，用于为压力采集模块中除了第三运算放大器以外的所有电路提供电压；第二恒压源，用 于为第三运算放大器提供电压。
[0052] 需要说明的是上述所介绍的数字电位器的主要作用是为了调整该电路中的零点 和满量程输出，第一通道的电阻和第二通道中的电阻可以分别记为RdO和Rdl。
[0053] 其中，经放大电路放大处理后的压力信号Vp的具体表达式如下式所示：
[0055] 由于所求出的经放大电路放大处理后的压力信号数值￥5与海洋的深度成线性关 系，所以当计算机获取海水压力相关的数值\时，就可以相应的计算出海洋的深度。
[0056] 其中，温度采集模块的具体工作原理如下：
[0057] 图5为本发明提供的温度采集模块中的温度传感器及调理电路工作原理图，如图 5所示，温度传感器测量电路（即调理电路与温度传感器共同组成的电路）具体包括：第三 恒压源，电阻R14~R17以及电阻R19,温度传感器RT1，第四运算放大器以及第五运算放大 器；
[0058] 第三恒压源（1. 8V)的输出端分别连接电阻R15的第一端，第四运算放大器的电源 端子中的正极输入端，以及电阻R17的第一输入端；电阻R15的第二端连接电阻R14的第一 端；电阻R14的第二端接地；第四运算放大器的正输入端连接至电阻R15与电阻R14之间的 结点；第四运算放大器的负输入端连接该运算放大器的输出端与电阻R16第一端之间的结 点；第四运算放大器的电源端子中的负输入端接地；
[0059] 电阻R16的第二端连接至第五运算放大器的负输入端与电阻R19第一端之间的结 占.
[0060] 电阻R17的第二端连接至第五运算放大器的正输入端与温度传感器RT1第一端之 间的结点；
[0061] 温度传感器RT1的第二端接地；
[0062] 第五运算放大器的输出端连接至电阻R19的第二端。
[0063] 需要说明的是，第三恒压源的电压为1.8V，该恒压源作为温度传感器RT1的激励 电源，同时该恒压源提供温度测量时的A/D转换器的基准参考电压。这样的设计消除了激 励源变化对A/D输出结果的影响，从而降低了对基准电源的要求，提高了测量的稳定性。并 且，温度传感器RT1上串联一个电阻R17,起到了分压作用，用于限制流过温度传感器的电 流，减小自发热导致的测量误差。根据该电路输出的经调制电路调制处理后的温度信号Vwt 的具体表达式如下式所示：
[0065] 由式2-1可以看出，合理调整各电阻的阻值，就可以将输出电压限定在0V至A/D 的满刻度输入范围内。该式还说明除R17 (R17为低温漂电阻，当温度变化较大时，电阻值也 几乎不会发生改变）以外，如果其他各电阻元件具有相同的温度系数，则不会影响测量结 果。
[0066] 本实施例中分压电阻R17选用温度系数小、性能稳定的金属膜电阻。运算放大器 选用低温漂、低噪声的运算放大器，保证了测量稳定性和精确度。
[0067] 本发明实施例提供的一种基于光纤通信的探测装置，利用光纤通信可以将探测装 置中分别获取的与海洋深度、温度的相关数据实时的传递给上位机，上位机再把相关数据 传递给计算机，并通过计算机实时计算海洋温度信息以及海洋深度信息。本发明利用温度 传感器和压力传感器直接测量海洋温度和深度数据，更加准确的测量海水深度数据，获得 的深度数据信息准确性高，重复性与一致性较好；利用光纤通讯抗干扰能力强，传输速率 高，传输距离远等特点，将抛弃式探头中数据采集模块采集的数据实时地传递至计算机，解 决了需要通过探头下降时间估计海洋深度的问题，对探头的下降速度及投放方式没有限 制。
[0068] 第二方面，本发明提供了一种基于光纤通信的探测系统，图6为本发明实施例提 供的一种基于光纤通信的探测系统的结构示意图；如图6所示，该系统包括了第一方面介 绍的基于光纤通信的探测装置50、上位机60以及计算机90 ;其中，探测装置50与上位机60 之间通过光纤电缆连接；上位机60与计算机之间通过双绞线连接。
[0069] 探测装置中的电光转换模块40用于将第一光信号和第二光信号发送至上位机60 中。如图4所不，上位机60包括光电转换模块70和485总线模块80 ;光电转换模块用于 接收电光转换发送的第一光信号和第二光信号，并将第一光信号转换为第一电信号，以及 将第二光信号转换为第二电信号；上位机60通过485总线模块80,根据485总线的通信协 议，将第一电信号和第二电信号通过双绞线发送至计算机90中。计算机90按照一定的规 则将第一电信号和第二电信号在数据帧中解析，根据第一电信号计算海洋深度信息，根据 第二电信号计算海洋温度信息。
[0070] 具体的，因为第一电信号与海洋的深度成线性关系，所以根据一定的比例关系，计 算机90可以通过第一电信号计算出海洋的深度信息。
[0071] 同样，计算机90根据第二电信号计 算温度传感器中的热敏电阻的阻值，根据热敏 电阻的阻值，通过热敏电阻的阻值一温度曲线常用Steinhart-Hart方程进行拟合：
[0072] 1/T=A+Bln(R)+C(InR)3 (3-1)
[0073] 式中：
[0074] T一绝对温度（K° );
[0075] R-热敏电阻的阻值（⑴
[0076]A，B，C一曲线拟合的常数。
[0077]在所需的测温范围内选取三个温度点即可确定方程中的常数项。在实际应用中往 往取更多温度点进行校准，可以得到更精确的拟合曲线。进而相应的计算出海洋的温度信 息。
[0078] 本发明实施例提供的一种基于光纤通信的探测系统，利用光纤通信可以将探测装 置中分别获取的与海洋深度、温度相关的数据实时的传递给上位机，上位机再把相关数据 传递给计算机，并通过计算机实时计算海洋深度信息以及海洋温度信息。本发明中利用温 度传感器和压力传感器直接测量海洋温度和深度数据，更加准确的测量海水深度数据，获 得的深度数据信息准确性高，重复性与一致性较好；利用光纤通讯抗干扰能力强，传输速 率高，传输距离远等特点，将抛弃式探头中数据采集模块采集的数据实时地传递至计算机， 解决了需要通过探头下降时间估计海洋深度的问题，对探头的下降速度及投放方式没有限 制。
[0079] 第三方面，相对应的，本发明还提供了一种基于光纤通信的探测方法，该方法包括 以下步骤：
[0080] 首先分别采集压力信号和温度信号，然后分别将压力信号转换为第一光信号，以 及将温度信号转换为第二光信号，再通过光纤电缆传输给上位机，在上位机中第一光信号 转换为第一电信号，以及第二光信号转换为第二电信号。基于485总线的通信协议，将第一 电信号和第二电信号通过双绞线，传送至计算机中，计算机根据第一电信号确定海洋深度 信息，根据第二电信号确定海洋温度信息。
[0081] 本发明实施例提供的一种基于光纤通信的探测装置、系统及方法，利用光纤通信 可以将探测装置中分别获取的与海洋温度、深度的相关数据实时的传递给上位机，上位机 再把相关数据传递给计算机，通过计算机实时计算海洋温度信息以及海洋深度信息。本发 明中利用温度传感器和压力传感器直接测量海洋温度和深度数据，更加准确的测量海水深 度数据，获得的深度数据信息准确性高，重复性与一致性较好；利用光纤通讯抗干扰能力 强，传输速率高，传输距离远等特点，将抛弃式探头中数据采集模块采集的数据实时地传递 至计算机，解决了需要通过探头下降时间估计海洋深度的问题，对探头的下降速度及投放 方式没有限制。
[0082] 专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的 单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬 件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。 这些功能宄竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。 专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现 不应认为超出本发明的范围。
[0083] 结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的 软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM)、内存、只读存储器 (ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域 内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0084] 以上所述的【具体实施方式】，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限定本发明 的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于光纤通信的探测装置，其特征在于，包括压力采集模块、温度采集模块、处 理器和电光转换模块； 所述压力采集模块用于采集压力信号，并将所述压力信号发送给所述处理器； 所述温度采集模块用于采集温度信号，并将所述温度信号发送给所述处理器； 所述处理器用于将所述压力信号和温度信号发送给所述电光转换模块； 所述电光转换模块用于分别将所述压力信号转换为第一光信号，以及将所述温度信号 转换为第二光信号，并进行发送。2. 根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述压力采集模块包括压力传感器、 放大电路以及发送单元； 所述压力传感器用于采集所述压力信号； 所述放大电路用于将所述压力信号进行放大处理； 所述发送单元用于将处理后的压力信号发送给所述处理器。3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度采集模块包括：温度传感器、调 理电路以及发送单元； 所述温度传感器用于采集所述温度信号； 所述调理电路用于对所述温度信号进行调制处理； 所述发送单元用于将调制处理后的温度信号发送给所述处理器。4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器包括： 接收单元和发送单元； 所述接收单元分别接收所述压力采集模块发送的所述压力信号和所述温度采集模块 发送的所述温度信号； 发送单元将所述压力信号以及所述温度信号发送给所述电光转换模块。5. -种基于光纤通信的探测系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的装置、上位机 和计算机； 所述上位机接收所述电光转换模块发送的所述第一光信号和所述第二光信号，并将所 述第一光信号和所述第二光信号转换为第一电信号和第二电信号，再将所述第一电信号和 所述第二电信号发送给所述计算机； 所述计算机根据所述第一电信号，确定海洋深度信息； 所述计算机根据所述第二电信号，确定海洋温度信息。6. 根据权利要求5所述的探测系统，其特征在于，所述上位机包括光电转换模块和485 总线模块； 所述光电转换模块用于接收所述电光转换模块发送的所述第一光信号和所述第二光 信号，并将所述第一光信号和所述第二光信号转换为第一电信号和第二电信号； 所述上位机通过所述485总线模块将所述第一电信号和所述第二电信号发送给所述 计算机。7. -种基于光纤通信的探测方法，其特征在于，所述方法包括： 采集压力信号； 采集温度信号； 将所述压力信号转换为第一光信号，以及将所述温度信号转换为第二光信号； 将所述第一光信号和所述第二光信号分别转换为第一电信号和第二电信号，再将所述 第一电信号和所述第二电信号进行发送； 根据所述第一电信号确定海洋深度信息； 根据所述第二电信号确定海洋温度信息。
【专利摘要】本发明涉及一种基于光纤通信的探测装置、系统及方法，该系统包括：基于光纤通信的探测装置、上位机和计算机。其中，该探测装置用于获取压力信号和温度信号，并将压力信号和温度信号分别转换为第一光信号和第二光信号，再发送到上位机中；上位机把第一光信号和第二光信号分别转换为第一电信号和第二电信号，并通过485总线模块发送给计算机，计算机根据第一电信号计算出海洋深度信息，根据第二电信号计算出海洋温度信息。本发明利用光纤通讯抗干扰能力强，传输速率高，传输距离远等特点，将抛弃式探头中数据采集模块采集的数据实时地传递至计算机，解决了需要通过探头下降时间估计海洋深度的问题，对探头的下降速度及投放方式没有限制。
【IPC分类】G01C13/00, G01K7/22, H04B10/25, G01K13/02
【公开号】CN104897298
【申请号】CN201510290698
【发明人】于钟德, 王晓东, 李春
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月29日
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