一种数据采集装置,探测装置以及系统的制作方法
一种数据采集装置,探测装置以及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及海洋环境信息监测技术领域，尤其设及一种数据采集装置，探测 装置W及系统。
【背景技术】
[0002]投弃式温度探头（expend油lebathythermograph,简称XBT)，可W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，该样由探头的下降速度和下降时间，就可W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W计算出当前海水的温度值，从而得到海水的温度深度剖面。然而，该种利 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 的方式所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] 本实用新型的目的，在于提供一种数据采集装置，探测装置W及系统，利用多巧线 缆，W并行通讯的方式可W将温度和深度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，并通过上位机实时计算海洋温度信息W及海洋深度信息，从而 解决了需要通过探头下降时间估计海洋深度的问题，并且，对探头的下降速度及投放方式 没有任何的限制。
[0005] 第一方面，本实用新型提供了一种数据采集装置，该装置包括：压力采集模块压 力采集模块、温度采集模块温度采集模块温度采集模块、处理模块、调理放大电路和接口模 块；其中，压力采集模块的输出端和温度采集模块的输出端分别连接调理放大电路的两个 输入端；调理放大电路的输出端与处理模块的输入端相连接；处理模块的输出端与接口模 块的输入端相连接；
[0006] 压力采集模块用于获取压力信号；并将压力信号发送给调理放大电路；
[0007]温度采集模块温度采集模块用于获取温度信号；并将温度信号发送给调理放大电 路；
[0008] 调理放大电路将接收的压力信号和温度信号进行放大处理；
[0009] 处理模块将放大处理后的压力信号转换为第一数字信号，W及将放大处理后的温 度信号转换为第二数字信号；
[0010] 处理器模块通过接口模块进行传输。
[0011] 优选地，处理模块包括：接收单元，转换单元W及第一发送单元；其中，接收单元 的输出端与转换单元的输入端相连接；转换单元的输出端与第一发送单元相连接；
[0012] 接收单元用于接收放大处理后的所述压力信号和放大处理后的所述温度信号；
[0013] 转换单元用于分别将放大处理后的所述压力信号和放大处理后的所述温度信号 转换为第一数字信号W及第二数字信号；
[0014]第一发送单元用于将第一数字信号W及第二数字信号发送给接口模块。
[0015] 优选地，压力采集模块包括；压力采集单元W及第二发送单元；压力采集单元与 第二发送单元相连接；
[0016] 压力采集单元用于采集压力信号，输出压力信号；
[0017] 第二发送单元用于将压力信号发送给调理放大电路。
[0018] 优选地，温度采集模块具体包括；温度采集单元W及第=发送单元；其中，温度采 集单元与第=发送单元相连接；
[0019] 温度采集单元用于采集温度信号，输出温度信号；
[0020] 第S发送单元用于将温度信号发送给调理放大电路。
[0021] 优选地，该装置还包括：电源管理模块和电池；其中，电池通过电源管理模块与处 理模块相连接；
[0022] 处理模块通过电源管理模块为各模块的电路供电；
[0023] 电池受控于所述电源管理单元。
[0024] 第二方面，本实用新型提供了一种探测装置，该装置包括如上述介绍的数据采集 装置。
[00巧]第S方面，本实用新型提供了一种探测系统，该系统包括如上述介绍的探测装置、 释放装置W及上位机；其中，探测装置通过释放装置与上位机相连接；
[0026] 释放装置与上述介绍的探测装置采用并行通讯方式进行数据传输；
[0027] 探测装置将第一数字信号和第二数字信号经过释放装置传递给上位机；
[0028] 上位机用于接收第一数字信号和第二数字信号，并根据第一数字信号和第二数字 信号绘制海洋温度剖面。
[0029] 优选地，释放装置与探测装置之间通过多巧线缆通信，多巧线缆包括n+4条线路， 其中，一条为地线、两条为控制线W及n+1条数据线。
[0030] 本实用新型提供的一种数据采集装置，探测装置W及系统，利用多巧线缆，W并行 通讯的方式可W将温度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，并通过上位机实时计算海洋温度信息W及海洋深度信息，从而解决了需要通过探 头下降时间估计海洋深度的问题，并且，对探头的下降速度及投放方式没有任何的限制。
【附图说明】
[0031]图1为本实用新型实施例提供的一种数据采集装置的结构示意图；
[0032] 图2为本实用新型实施例提供的另一种数据采集装置的结构示意图；
[0033] 图3为本实用新型实施例提供的一种探测系统的结构示意图；
[0034]图4为压力采集模块压力采集模块结构示意图；
[00巧]图5为温度采集模块温度采集模块示意图；
[0036]图6为压力采集模块中的压力采集单元电路图；
[0037] 图7为温度采集模块中的温度采集单元电路图。
【具体实施方式】
[0038] 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
[0039] 图1为本实用新型实施例提供的一种数据采集装置的结构示意图。如图1所示， 该装置包括：
[0040] 压力采集模块10、温度采集模块20、调理放大电路30,处理模块40、和接口模块 50 ;其中，压力采集模块10的输出端和温度采集模块20的输出端分别连接调理放大电路 30的两个输入端；调理放大电路30的输出端与处理模块40的输入端相连接；处理模块40 的输出端与接口模块50的输入端相连接；
[0041] 压力采集模块10包括压力采集单元101和第二发送单元102(如图4所示），其 中，压力采集单元101与第二发送单元102相连接。压力采集单元用101于输出压力信号； 第二发送单元102用于将压力信号发送至调理放大电路30。温度采集模块20包括温度采 集单元201和第=发送单元202 (如图5所示），其中，温度采集单元201与第=发送单元 202相连接。温度采集单元201用于输出温度信号，第=发送单元202用于将温度信号发送 至调理放大电路30。
[0042] 需要说明的是，其中压力采集模块中的第二发送单元102和温度采集模块中的第 =发送单元202可W通过上位机控制，使压力采集模块中的第二发送单元102和温度采集 模块中的第=发送单元202分时段的将压力信号和温度信号分别发送至调节放大电路30 中。例如：压力采集模块中的第二发送单元102在第一时间段将压力信号发送至调理放大 电路中；第二时间段，温度采集模块中的第=发送单元202将温度信号发送至调理放大电 路中，W此类推。调理放大电路30分别接收压力采集模块10中的第二发送单元102发送的 压力信号，W及温度采集模块20中的第=发送单元202发送的温度信号进行放大调节后， 输出放大后的压力信号和放大后的温度信号。处理模块40又包括了接收单元，转换单元W 及第一发送单元。处理模块40中的接收单元包括两个接收通道，用于分别接收调理放大电 路30输出的放大后的压力信号和放大后的温度信号；处理模块40中的转换单元（本实施 例中WA/D转换器为例）将会分时间段的分别转换到处理模块40的接收单元两个通道中， 将放大后的压力信号和放大后的温度信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号。处 理模块40中的第一发送单元将第一数字信号和第二数字信号进行分字节传送至接口模块 50,通过接口模块50进行数据传输（可W根据需要，自行设置每一数据帖中的对于第一数 字信号和第二数字信号的字节分配，例如，在一个数据帖中前几个字节为第一数字信号，余 下字节为第二数字信号）。
[0043] 图2为本实用新型实施例提供的另一种数据采集装置的结构示意图。如图2所示， 该装置还包括；电源管理模块60、电池70、压力采集模块压力采集模块10、温度采集模块温 度采集模块20、调理放大电路30，处理模块40、和接口模块50 ;其中，压力采集模块10的输 出端和温度采集模块20的输出端分别连接调理放大电路30的两个输入端；调理放大电路 30的输出端与处理模块40的输入端相连接；处理模块40的输出端与接口模块50的输入 端相连接；电池70通过电源管理模块60与处理模块40相连接；
[0044] 处理模块40通过电源管理模块60为各模块的电路供电；电池70受控于所述电源 管理单元。
[0045] 压力采集模块10、温度采集模块20、调理放大电路30,处理模块40、和接口模块 50 ；
[0046] 压力采集模块10包括压力采集单元101和第二发送单元102 (如图4所示）。压 力采集单元用101于输出压力信号；第二发送单元102用于将压力信号发送至调理放大电 路30。温度采集模块20包括温度采集单元201和第=发送单元202 (如图5所示）。温度 采集单元201用于输出温度信号，第=发送单元202用于将温度信号发送至调理放大电路 30 〇
[0047] 需要说明的是，其中压力采集模块中的第二发送单元102和温度采集模块中的第 =发送单元202可W通过上位机控制，使压力采集模块中的第二发送单元102和温度采集 模块中的第=发送单元202分时段的将压力信号和温度信号分别发送至调节放大电路30 中。例如：压力采集模块中的第二发送单元102在第一时间段将压力信号发送至调理放大 电路中；第二时间段，温度采集模块中的第=发送单元202将温度信号发送至调理放大电 路中，W此类推。调理放大电路30分别接收压力采集模块10中的第二发送单元102发送的 压力信号，W及温度采集模块20中的第=发送单元202发送的温度信号进行放大调节后， 输出放大后的压力信号和放大后的温度信号。处理模块40又包括了接收单元，转换单元W 及第一发送单元。处理模块40中的接收单元包括两个接收通道，用于分别接收调理放大电 路30输出的放大后的压力信号和放大后的温度信号；处理模块40中的转换单元（本实施 例中WA/D转换器为例）将会分时间段的分别转换到处理模块40的接收单元两个通道中， 将放大后的压力信号和放大后的温度信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号。处 理模块40中的第一发送单元将第一数字信号和第二数字信号进行分字节传送至接口模块 50,通过接口模块50进行数据传输（可W根据需要，自行设置每一数据帖中的对于第一数 字信号和第二数字信号的字节分配，例如，在一个数据帖中前几个字节为第一数字信号，余 下字节为第二数字信号）。
[0048] 图3为本实用新型实施例提供的一种探测系统的结构示意图；如图3所示，该系统 包括探测装置301、释放装置302W及上位机303,其中探测装置301与上位机303通过释 放装置302相连接。
[0049] 释放装置302与探测装置301采用并行通讯方式进行数据传输；
[0050] 探测装置301将第一数字信号和第二数字信号经过释放装置302传递给上位机 303 ；
[0051] 上位机303用于接收第一数字信号和第二数字信号，并根据第一数字信号和第二 数字信号绘制海洋温度剖面。
[0052] 具体地，释放装置302与探测装置301之间通过多巧线缆通信，多巧线缆包括n+4 条线路，其中，一条为地线、两条为控制线W及n+1条数据线。
[0053] 需要说明的是，上位机303按照一定的规则将第一数据信号和第二数据信号在数 据帖中解析后，将第一数字信号（二进制）转换为第一数值（第一数字信号的十进制形式， 同时也是放大后的压力信号的数字显示形式），根据第一数值计算海洋深度信息，将第二数 字信号（二进制）转换为第二数值（第二数字信号的十进制形式，同时也是放大后的温度 信号的数字显示形式），根据第二数值计算海洋温度信息。
[0054] 具体的，因为第一数值与海洋的深度成线性关系，所W根据一定的比例关系，上位 机303可W通过第一数值计算出海洋的深度信息。
[0055] 同样，上位机303根据第二数值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：
[0056] 1/T=A+Bln(R)+C(lnR)3 (1-1)
[0057] 式中：
[005引T-绝对温度化。）；
[00则 R-热敏电阻的阻值（Q)
[0060] A，B，C-曲线拟合的常数。
[0061] 在所需的测温范围内选取S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W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。
[0062] 图6为本实用新型提供的压力采集模块中的探测单元电路图，如图6所示，压力采 集单元101采集压力信号，并将压力信号输入到调节放大电路30中；
[0063] 调节放大电路30具体用于将压力信号进行放大，输出放大后的压力信号。其中， 调节放大电路30包括；第一运算放大器、第二运算放大器、第=运算放大器、数字电位器 (图中未不出）W及电阻R1~R9 ;
[0064] 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，V0+、V0-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W图中的 V01的4个端子可W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与册之间为数字电位器 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 与册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=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=运算放大器的正输入端连接；第=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=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。
[0065] 此外，压力采集单元101还包括：第一恒压源（4V)W及第二恒压源（1. 8V);第一 恒压源，用于为压力采集单元101中除了第S 运算放大器W外的所有电路提供电压；第二 恒压源，用于为第=运算放大器提供电压。
[0066] 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W分别记为RdO和Rdl。
[0067] 其中，输出放大后的压力信号化的具体表达式如下式所示：
[006引
（2-1)
[0069] 由于所求出的放大后的压力信号的数值化与海洋的深度成线性关系，所W当上 位机获取放大后的压力信号的数值化时，就可W相应的计算出海洋的深度。
[0070] 图7为本实用新型提供的温度采集模块中的温度采集单元电路图，如图7所示，温 度传感器用于将海洋温度转换为温度信号；调理放大电路30用于对温度信号进行调制放 大，输出放大后的温度信号。
[0071] 其中，温度采集单元电路（即调理放大电路与温度传感器共同组成的电路）具体 包括；第S恒压源，电阻R14~R17W及电阻R19,温度传感器RT1，第四运算放大器W及第 五运算放大器；
[0072] 第S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，W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；
[0073] 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. '?、、，
[0074] 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；
[00巧]温度传感器RT1的第二端接地；
[0076] 第五运算放大器的输出端连接至电阻R19的第二端。
[0077] 根据该电路输出的放大后的温度信号Vout的具体表达式如下式所示：
[0078]
(3-1)
[007引由式3-1可W看出，合理调整各电阻的阻值，就可W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巧17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）W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。但R17须选用温度系数小、性能稳定的金属膜电阻。选择低温漂、低噪声的运算放大器 对于保证测量稳定性和精度是有益的。
[0080] 需要说明的是，第S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。该样的设计消除了激 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,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。
[0081] 本实用新型提供的一种数据采集装置，探测装置W及系统，利用多巧线缆，W并行 通讯的方式可W将温度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，并通过上位机实时计算海洋温度信息W及海洋深度信息，从而解决了需要通过探 头下降时间估计海洋深度的问题，并且，对探头的下降速度及投放方式没有任何的限制。
[0082]W上所述的【具体实施方式】，对本实用新型的目的、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，W上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】而已，并不用于 限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替 换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种数据采集装置，其特征在于，所述装置包括：压力采集模块、温度采集模块、调 理放大电路、处理模块和接口模块；其中，所述压力采集模块的输出端和所述温度采集模块 的输出端分别连接所述调理放大电路的两个输入端；所述调理放大电路的输出端与所述处 理模块的输入端相连接；所述处理模块的输出端与所述接口模块的输入端相连接； 所述压力采集模块用于获取压力信号；并将所述压力信号发送给所述调理放大电路； 所述温度采集模块用于获取温度信号；并将所述温度信号发送给所述调理放大电路； 所述调理放大电路将接收的所述压力信号和所述温度信号进行放大处理； 所述处理模块将放大处理后的所述压力信号转换为第一数字信号，以及将放大处理后 的所述温度信号转换为第二数字信号； 所述处理模块通过所述接口模块进行传输。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理模块包括：接收单元，转换单元 以及第一发送单元；其中，所述接收单元的输出端与所述转换单元的输入端相连接；所述 转换单元的输出端与所述第一发送单元相连接； 所述接收单元用于接收所述放大处理后的所述压力信号和所述放大处理后的所述温 度信号； 所述转换单元用于分别将所述放大处理后的所述压力信号和所述放大处理后的所述 温度信号转换为第一数字信号以及第二数字信号； 所述第一发送单元用于将所述第一数字信号以及所述第二数字信号发送给所述接口 丰旲块。3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力采集模块包括：压力采集单元以 及第二发送单元；其中，所述压力采集单元与所述第二发送单元相连接； 所述压力采集单元用于采集压力信号，输出所述压力信号； 所述第二发送单元用于将所述压力信号发送给所述调理放大电路。4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度采集模块具体包括：温度采集单 元以及第三发送单元；其中，所述温度采集单元与所述第三发送单元相连接； 所述温度采集单元用于采集温度信号，输出所述温度信号； 所述第三发送单元用于将所述温度信号发送给所述调理放大电路。5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括：电源管理模块和电池；其 中，所述电池通过所述电源管理模块与所述处理模块相连接； 所述处理模块通过所述电源管理模块为各模块的电路供电； 所述电池受控于所述电源管理单元。6. -种探测装置，其特征在于，包括：如权利要求1所述的数据采集装置。7. -种探测系统，其特征在于，所述系统包括：如权利要求6所述的探测装置、释放装 置以及上位机；其中，所述探测装置通过所述释放装置与所述上位机相连接； 所述释放装置与所述探测装置采用并行通讯方式进行数据传输； 所述探测装置将所述第一数字信号和所述第二数字信号经过所述释放装置传递给所 述上位机； 所述上位机用于接收所述第一数字信号和所述第二数字信号，并根据所述第一数字信 号和所述第二数字信号绘制海洋温度剖面。8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述释放装置与所述探测装置之间通过多 芯线缆通信，所述多芯线缆包括n+4条线路，其中，一条为地线、两条为控制线以及n+1条数 据线。
【专利摘要】本实用新型公开了一种数据采集装置，探测装置以及系统，该系统包括：探测装置、释放装置和上位机。其中，压力采集模块的输出端和温度采集模块的输出端分别连接调理放大电路的两个输入端；调理放大电路的输出端与处理模块的输入端相连接；处理模块的输出端与接口模块的输入端相连接；释放装置与探测装置间采用并行通讯采样数据；释放装置用于连接探测装置和上位机；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放大后分别转换为第一数字信号和第二数字信号发送到上位机中，上位机用于接收探测装置发送的第一数字信号和第二数字信号，根据第一数字信号和第二数字信号绘制海洋温度剖面。
【IPC分类】G01K7/22, G01C13/00, G01K13/02
【公开号】CN204694367
【申请号】CN201520365053
【发明人】王晓东, 于钟德
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月29日
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及海洋环境信息监测技术领域，尤其设及一种数据采集装置，探测 装置W及系统。
【背景技术】
[0002]投弃式温度探头（expend油lebathythermograph,简称XBT)，可W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，该样由探头的下降速度和下降时间，就可W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W计算出当前海水的温度值，从而得到海水的温度深度剖面。然而，该种利 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 的方式所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] 本实用新型的目的，在于提供一种数据采集装置，探测装置W及系统，利用多巧线 缆，W并行通讯的方式可W将温度和深度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，并通过上位机实时计算海洋温度信息W及海洋深度信息，从而 解决了需要通过探头下降时间估计海洋深度的问题，并且，对探头的下降速度及投放方式 没有任何的限制。
[0005] 第一方面，本实用新型提供了一种数据采集装置，该装置包括：压力采集模块压 力采集模块、温度采集模块温度采集模块温度采集模块、处理模块、调理放大电路和接口模 块；其中，压力采集模块的输出端和温度采集模块的输出端分别连接调理放大电路的两个 输入端；调理放大电路的输出端与处理模块的输入端相连接；处理模块的输出端与接口模 块的输入端相连接；
[0006] 压力采集模块用于获取压力信号；并将压力信号发送给调理放大电路；
[0007]温度采集模块温度采集模块用于获取温度信号；并将温度信号发送给调理放大电 路；
[0008] 调理放大电路将接收的压力信号和温度信号进行放大处理；
[0009] 处理模块将放大处理后的压力信号转换为第一数字信号，W及将放大处理后的温 度信号转换为第二数字信号；
[0010] 处理器模块通过接口模块进行传输。
[0011] 优选地，处理模块包括：接收单元，转换单元W及第一发送单元；其中，接收单元 的输出端与转换单元的输入端相连接；转换单元的输出端与第一发送单元相连接；
[0012] 接收单元用于接收放大处理后的所述压力信号和放大处理后的所述温度信号；
[0013] 转换单元用于分别将放大处理后的所述压力信号和放大处理后的所述温度信号 转换为第一数字信号W及第二数字信号；
[0014]第一发送单元用于将第一数字信号W及第二数字信号发送给接口模块。
[0015] 优选地，压力采集模块包括；压力采集单元W及第二发送单元；压力采集单元与 第二发送单元相连接；
[0016] 压力采集单元用于采集压力信号，输出压力信号；
[0017] 第二发送单元用于将压力信号发送给调理放大电路。
[0018] 优选地，温度采集模块具体包括；温度采集单元W及第=发送单元；其中，温度采 集单元与第=发送单元相连接；
[0019] 温度采集单元用于采集温度信号，输出温度信号；
[0020] 第S发送单元用于将温度信号发送给调理放大电路。
[0021] 优选地，该装置还包括：电源管理模块和电池；其中，电池通过电源管理模块与处 理模块相连接；
[0022] 处理模块通过电源管理模块为各模块的电路供电；
[0023] 电池受控于所述电源管理单元。
[0024] 第二方面，本实用新型提供了一种探测装置，该装置包括如上述介绍的数据采集 装置。
[00巧]第S方面，本实用新型提供了一种探测系统，该系统包括如上述介绍的探测装置、 释放装置W及上位机；其中，探测装置通过释放装置与上位机相连接；
[0026] 释放装置与上述介绍的探测装置采用并行通讯方式进行数据传输；
[0027] 探测装置将第一数字信号和第二数字信号经过释放装置传递给上位机；
[0028] 上位机用于接收第一数字信号和第二数字信号，并根据第一数字信号和第二数字 信号绘制海洋温度剖面。
[0029] 优选地，释放装置与探测装置之间通过多巧线缆通信，多巧线缆包括n+4条线路， 其中，一条为地线、两条为控制线W及n+1条数据线。
[0030] 本实用新型提供的一种数据采集装置，探测装置W及系统，利用多巧线缆，W并行 通讯的方式可W将温度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，并通过上位机实时计算海洋温度信息W及海洋深度信息，从而解决了需要通过探 头下降时间估计海洋深度的问题，并且，对探头的下降速度及投放方式没有任何的限制。
【附图说明】
[0031]图1为本实用新型实施例提供的一种数据采集装置的结构示意图；
[0032] 图2为本实用新型实施例提供的另一种数据采集装置的结构示意图；
[0033] 图3为本实用新型实施例提供的一种探测系统的结构示意图；
[0034]图4为压力采集模块压力采集模块结构示意图；
[00巧]图5为温度采集模块温度采集模块示意图；
[0036]图6为压力采集模块中的压力采集单元电路图；
[0037] 图7为温度采集模块中的温度采集单元电路图。
【具体实施方式】
[0038] 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
[0039] 图1为本实用新型实施例提供的一种数据采集装置的结构示意图。如图1所示， 该装置包括：
[0040] 压力采集模块10、温度采集模块20、调理放大电路30,处理模块40、和接口模块 50 ;其中，压力采集模块10的输出端和温度采集模块20的输出端分别连接调理放大电路 30的两个输入端；调理放大电路30的输出端与处理模块40的输入端相连接；处理模块40 的输出端与接口模块50的输入端相连接；
[0041] 压力采集模块10包括压力采集单元101和第二发送单元102(如图4所示），其 中，压力采集单元101与第二发送单元102相连接。压力采集单元用101于输出压力信号； 第二发送单元102用于将压力信号发送至调理放大电路30。温度采集模块20包括温度采 集单元201和第=发送单元202 (如图5所示），其中，温度采集单元201与第=发送单元 202相连接。温度采集单元201用于输出温度信号，第=发送单元202用于将温度信号发送 至调理放大电路30。
[0042] 需要说明的是，其中压力采集模块中的第二发送单元102和温度采集模块中的第 =发送单元202可W通过上位机控制，使压力采集模块中的第二发送单元102和温度采集 模块中的第=发送单元202分时段的将压力信号和温度信号分别发送至调节放大电路30 中。例如：压力采集模块中的第二发送单元102在第一时间段将压力信号发送至调理放大 电路中；第二时间段，温度采集模块中的第=发送单元202将温度信号发送至调理放大电 路中，W此类推。调理放大电路30分别接收压力采集模块10中的第二发送单元102发送的 压力信号，W及温度采集模块20中的第=发送单元202发送的温度信号进行放大调节后， 输出放大后的压力信号和放大后的温度信号。处理模块40又包括了接收单元，转换单元W 及第一发送单元。处理模块40中的接收单元包括两个接收通道，用于分别接收调理放大电 路30输出的放大后的压力信号和放大后的温度信号；处理模块40中的转换单元（本实施 例中WA/D转换器为例）将会分时间段的分别转换到处理模块40的接收单元两个通道中， 将放大后的压力信号和放大后的温度信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号。处 理模块40中的第一发送单元将第一数字信号和第二数字信号进行分字节传送至接口模块 50,通过接口模块50进行数据传输（可W根据需要，自行设置每一数据帖中的对于第一数 字信号和第二数字信号的字节分配，例如，在一个数据帖中前几个字节为第一数字信号，余 下字节为第二数字信号）。
[0043] 图2为本实用新型实施例提供的另一种数据采集装置的结构示意图。如图2所示， 该装置还包括；电源管理模块60、电池70、压力采集模块压力采集模块10、温度采集模块温 度采集模块20、调理放大电路30，处理模块40、和接口模块50 ;其中，压力采集模块10的输 出端和温度采集模块20的输出端分别连接调理放大电路30的两个输入端；调理放大电路 30的输出端与处理模块40的输入端相连接；处理模块40的输出端与接口模块50的输入 端相连接；电池70通过电源管理模块60与处理模块40相连接；
[0044] 处理模块40通过电源管理模块60为各模块的电路供电；电池70受控于所述电源 管理单元。
[0045] 压力采集模块10、温度采集模块20、调理放大电路30,处理模块40、和接口模块 50 ；
[0046] 压力采集模块10包括压力采集单元101和第二发送单元102 (如图4所示）。压 力采集单元用101于输出压力信号；第二发送单元102用于将压力信号发送至调理放大电 路30。温度采集模块20包括温度采集单元201和第=发送单元202 (如图5所示）。温度 采集单元201用于输出温度信号，第=发送单元202用于将温度信号发送至调理放大电路 30 〇
[0047] 需要说明的是，其中压力采集模块中的第二发送单元102和温度采集模块中的第 =发送单元202可W通过上位机控制，使压力采集模块中的第二发送单元102和温度采集 模块中的第=发送单元202分时段的将压力信号和温度信号分别发送至调节放大电路30 中。例如：压力采集模块中的第二发送单元102在第一时间段将压力信号发送至调理放大 电路中；第二时间段，温度采集模块中的第=发送单元202将温度信号发送至调理放大电 路中，W此类推。调理放大电路30分别接收压力采集模块10中的第二发送单元102发送的 压力信号，W及温度采集模块20中的第=发送单元202发送的温度信号进行放大调节后， 输出放大后的压力信号和放大后的温度信号。处理模块40又包括了接收单元，转换单元W 及第一发送单元。处理模块40中的接收单元包括两个接收通道，用于分别接收调理放大电 路30输出的放大后的压力信号和放大后的温度信号；处理模块40中的转换单元（本实施 例中WA/D转换器为例）将会分时间段的分别转换到处理模块40的接收单元两个通道中， 将放大后的压力信号和放大后的温度信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号。处 理模块40中的第一发送单元将第一数字信号和第二数字信号进行分字节传送至接口模块 50,通过接口模块50进行数据传输（可W根据需要，自行设置每一数据帖中的对于第一数 字信号和第二数字信号的字节分配，例如，在一个数据帖中前几个字节为第一数字信号，余 下字节为第二数字信号）。
[0048] 图3为本实用新型实施例提供的一种探测系统的结构示意图；如图3所示，该系统 包括探测装置301、释放装置302W及上位机303,其中探测装置301与上位机303通过释 放装置302相连接。
[0049] 释放装置302与探测装置301采用并行通讯方式进行数据传输；
[0050] 探测装置301将第一数字信号和第二数字信号经过释放装置302传递给上位机 303 ；
[0051] 上位机303用于接收第一数字信号和第二数字信号，并根据第一数字信号和第二 数字信号绘制海洋温度剖面。
[0052] 具体地，释放装置302与探测装置301之间通过多巧线缆通信，多巧线缆包括n+4 条线路，其中，一条为地线、两条为控制线W及n+1条数据线。
[0053] 需要说明的是，上位机303按照一定的规则将第一数据信号和第二数据信号在数 据帖中解析后，将第一数字信号（二进制）转换为第一数值（第一数字信号的十进制形式， 同时也是放大后的压力信号的数字显示形式），根据第一数值计算海洋深度信息，将第二数 字信号（二进制）转换为第二数值（第二数字信号的十进制形式，同时也是放大后的温度 信号的数字显示形式），根据第二数值计算海洋温度信息。
[0054] 具体的，因为第一数值与海洋的深度成线性关系，所W根据一定的比例关系，上位 机303可W通过第一数值计算出海洋的深度信息。
[0055] 同样，上位机303根据第二数值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：
[0056] 1/T=A+Bln(R)+C(lnR)3 (1-1)
[0057] 式中：
[005引T-绝对温度化。）；
[00则 R-热敏电阻的阻值（Q)
[0060] A，B，C-曲线拟合的常数。
[0061] 在所需的测温范围内选取S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W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。
[0062] 图6为本实用新型提供的压力采集模块中的探测单元电路图，如图6所示，压力采 集单元101采集压力信号，并将压力信号输入到调节放大电路30中；
[0063] 调节放大电路30具体用于将压力信号进行放大，输出放大后的压力信号。其中， 调节放大电路30包括；第一运算放大器、第二运算放大器、第=运算放大器、数字电位器 (图中未不出）W及电阻R1~R9 ;
[0064] 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，V0+、V0-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W图中的 V01的4个端子可W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与册之间为数字电位器 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 与册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=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=运算放大器的正输入端连接；第=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=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。
[0065] 此外，压力采集单元101还包括：第一恒压源（4V)W及第二恒压源（1. 8V);第一 恒压源，用于为压力采集单元101中除了第S 运算放大器W外的所有电路提供电压；第二 恒压源，用于为第=运算放大器提供电压。
[0066] 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W分别记为RdO和Rdl。
[0067] 其中，输出放大后的压力信号化的具体表达式如下式所示：
[006引
（2-1)
[0069] 由于所求出的放大后的压力信号的数值化与海洋的深度成线性关系，所W当上 位机获取放大后的压力信号的数值化时，就可W相应的计算出海洋的深度。
[0070] 图7为本实用新型提供的温度采集模块中的温度采集单元电路图，如图7所示，温 度传感器用于将海洋温度转换为温度信号；调理放大电路30用于对温度信号进行调制放 大，输出放大后的温度信号。
[0071] 其中，温度采集单元电路（即调理放大电路与温度传感器共同组成的电路）具体 包括；第S恒压源，电阻R14~R17W及电阻R19,温度传感器RT1，第四运算放大器W及第 五运算放大器；
[0072] 第S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，W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；
[0073] 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. '?、、，
[0074] 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；
[00巧]温度传感器RT1的第二端接地；
[0076] 第五运算放大器的输出端连接至电阻R19的第二端。
[0077] 根据该电路输出的放大后的温度信号Vout的具体表达式如下式所示：
[0078]
(3-1)
[007引由式3-1可W看出，合理调整各电阻的阻值，就可W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巧17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）W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。但R17须选用温度系数小、性能稳定的金属膜电阻。选择低温漂、低噪声的运算放大器 对于保证测量稳定性和精度是有益的。
[0080] 需要说明的是，第S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。该样的设计消除了激 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,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。
[0081] 本实用新型提供的一种数据采集装置，探测装置W及系统，利用多巧线缆，W并行 通讯的方式可W将温度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，并通过上位机实时计算海洋温度信息W及海洋深度信息，从而解决了需要通过探 头下降时间估计海洋深度的问题，并且，对探头的下降速度及投放方式没有任何的限制。
[0082]W上所述的【具体实施方式】，对本实用新型的目的、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，W上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】而已，并不用于 限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替 换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种数据采集装置，其特征在于，所述装置包括：压力采集模块、温度采集模块、调 理放大电路、处理模块和接口模块；其中，所述压力采集模块的输出端和所述温度采集模块 的输出端分别连接所述调理放大电路的两个输入端；所述调理放大电路的输出端与所述处 理模块的输入端相连接；所述处理模块的输出端与所述接口模块的输入端相连接； 所述压力采集模块用于获取压力信号；并将所述压力信号发送给所述调理放大电路； 所述温度采集模块用于获取温度信号；并将所述温度信号发送给所述调理放大电路； 所述调理放大电路将接收的所述压力信号和所述温度信号进行放大处理； 所述处理模块将放大处理后的所述压力信号转换为第一数字信号，以及将放大处理后 的所述温度信号转换为第二数字信号； 所述处理模块通过所述接口模块进行传输。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理模块包括：接收单元，转换单元 以及第一发送单元；其中，所述接收单元的输出端与所述转换单元的输入端相连接；所述 转换单元的输出端与所述第一发送单元相连接； 所述接收单元用于接收所述放大处理后的所述压力信号和所述放大处理后的所述温 度信号； 所述转换单元用于分别将所述放大处理后的所述压力信号和所述放大处理后的所述 温度信号转换为第一数字信号以及第二数字信号； 所述第一发送单元用于将所述第一数字信号以及所述第二数字信号发送给所述接口 丰旲块。3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力采集模块包括：压力采集单元以 及第二发送单元；其中，所述压力采集单元与所述第二发送单元相连接； 所述压力采集单元用于采集压力信号，输出所述压力信号； 所述第二发送单元用于将所述压力信号发送给所述调理放大电路。4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度采集模块具体包括：温度采集单 元以及第三发送单元；其中，所述温度采集单元与所述第三发送单元相连接； 所述温度采集单元用于采集温度信号，输出所述温度信号； 所述第三发送单元用于将所述温度信号发送给所述调理放大电路。5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括：电源管理模块和电池；其 中，所述电池通过所述电源管理模块与所述处理模块相连接； 所述处理模块通过所述电源管理模块为各模块的电路供电； 所述电池受控于所述电源管理单元。6. -种探测装置，其特征在于，包括：如权利要求1所述的数据采集装置。7. -种探测系统，其特征在于，所述系统包括：如权利要求6所述的探测装置、释放装 置以及上位机；其中，所述探测装置通过所述释放装置与所述上位机相连接； 所述释放装置与所述探测装置采用并行通讯方式进行数据传输； 所述探测装置将所述第一数字信号和所述第二数字信号经过所述释放装置传递给所 述上位机； 所述上位机用于接收所述第一数字信号和所述第二数字信号，并根据所述第一数字信 号和所述第二数字信号绘制海洋温度剖面。8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述释放装置与所述探测装置之间通过多 芯线缆通信，所述多芯线缆包括n+4条线路，其中，一条为地线、两条为控制线以及n+1条数 据线。
【专利摘要】本实用新型公开了一种数据采集装置，探测装置以及系统，该系统包括：探测装置、释放装置和上位机。其中，压力采集模块的输出端和温度采集模块的输出端分别连接调理放大电路的两个输入端；调理放大电路的输出端与处理模块的输入端相连接；处理模块的输出端与接口模块的输入端相连接；释放装置与探测装置间采用并行通讯采样数据；释放装置用于连接探测装置和上位机；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放大后分别转换为第一数字信号和第二数字信号发送到上位机中，上位机用于接收探测装置发送的第一数字信号和第二数字信号，根据第一数字信号和第二数字信号绘制海洋温度剖面。
【IPC分类】G01K7/22, G01C13/00, G01K13/02
【公开号】CN204694367
【申请号】CN201520365053
【发明人】王晓东, 于钟德
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月29日
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