本文基于極地海底地?zé)崃髡{(diào)查需求,針對(duì)在極地嚴(yán)酷的低溫環(huán)境下泥溫測(cè)量電路容易出現(xiàn)的失效、溫度漂移等問(wèn)題進(jìn)行了分析,并采用了恒流源測(cè)溫方式,有效降低了自發(fā)熱和引線(xiàn)電阻干擾,并簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu),增強(qiáng)了電路低溫狀態(tài)工作穩(wěn)定性。本文闡述了低溫段泥溫傳感器工作原理,結(jié)合調(diào)查實(shí)踐確定了泥溫傳感器的主要設(shè)計(jì)參數(shù);對(duì)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)拆解分析,分析各模塊在低溫條件下存在的失效風(fēng)險(xiǎn)及低溫工作性能;對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,利用數(shù)據(jù)分析傳感器的測(cè)量精度,并在低溫條件下對(duì)泥溫傳感器進(jìn)行了實(shí)測(cè)。測(cè)試結(jié)果表明,低溫段泥溫傳感器在低溫條件下工作穩(wěn)定,數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和一致性表現(xiàn)良好。 

【文章來(lái)源】：海洋技術(shù)學(xué)報(bào). 2020,39(03)

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

恒流源測(cè)溫電路原理框圖

圖2可見(jiàn)，電池隨著溫度下降，其放電電壓出現(xiàn)了明顯的下降，最低接近了3.0 V，對(duì)電路運(yùn)行產(chǎn)生了很大威脅，極有可能出現(xiàn)失效風(fēng)險(xiǎn)，但是這一問(wèn)題可以通過(guò)增加電池串聯(lián)數(shù)量，提高電路輸入端電壓的方式解決。本研究中的測(cè)溫電路功耗較小，能力下降則不會(huì)對(duì)電路運(yùn)行產(chǎn)生任何影響。本研究中的測(cè)溫電路在完成布放前配置后進(jìn)入待機(jī)模式，待到達(dá)啟動(dòng)時(shí)間通過(guò)內(nèi)部中斷啟動(dòng)測(cè)量電路。在該模式下，系統(tǒng)內(nèi)除MCU中的RTC之外的所有模塊電路均處于休眠模式，電源管理芯片處于關(guān)閉狀態(tài)，該狀態(tài)下的靜態(tài)電流約為0.15 uA，系統(tǒng)待機(jī)總電流不超過(guò)7 u A，在該模式下，如圖2中橙色曲線(xiàn)所示，低溫狀態(tài)（-30℃為例）電池電壓不會(huì)低于電源管理芯片可允許的最低輸入門(mén)限，亦即電路不存在低溫宕機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。電路工作電流范圍在15～20 mA之間，該電路可通過(guò)上位機(jī)設(shè)定開(kāi)機(jī)時(shí)間，在極端低溫氣候條件下可設(shè)置傳感器入水后啟動(dòng)電路，此時(shí)水溫相對(duì)氣溫較高，參考圖2藍(lán)色曲線(xiàn)，可知電壓輸出仍然可滿(mǎn)足需要。4 測(cè)溫電路精度分析及低溫工作測(cè)試

從本次試驗(yàn)對(duì)象中選取是3支傳感器，并以0℃標(biāo)定點(diǎn)為例對(duì)傳感器測(cè)溫性能展開(kāi)分析。由于極地海底沉積物泥溫約3℃左右，因此該溫度點(diǎn)工作性能具有較好的代表性。截取控溫點(diǎn)前5分鐘內(nèi)的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，每20 s一組數(shù)據(jù)，每個(gè)傳感器各16個(gè)溫度點(diǎn)。將其繪制成溫度變化曲線(xiàn)，其溫度t(℃)與時(shí)間t的關(guān)系圖如圖3。由圖3可見(jiàn)，3支傳感器測(cè)溫曲線(xiàn)波動(dòng)具有較好的一致性，曲線(xiàn)之間相同時(shí)間點(diǎn)通道差值控制在0.005℃以?xún)?nèi)，總體誤差控制在可接受范圍內(nèi)，優(yōu)于±0.01℃的設(shè)計(jì)指標(biāo)。由相鄰值之間的差值的絕對(duì)值|xi-xi-1|可觀察其相鄰數(shù)據(jù)震蕩情況，該數(shù)據(jù)主要可反映出電路在恒定溫度點(diǎn)的流體環(huán)境中，基本排除外界環(huán)境溫度的擾動(dòng)之后電路自身的系統(tǒng)噪聲水平。圖4中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為泥溫傳感器相鄰測(cè)量值之間差值的絕對(duì)值，由圖4可知，在總體45個(gè)抖動(dòng)值中，只有43個(gè)抖動(dòng)值在0.003℃以?xún)?nèi)，占總數(shù)據(jù)量的95.6%。數(shù)據(jù)震蕩值表現(xiàn)較好，也反映出傳感器電路系統(tǒng)噪聲性能較為優(yōu)異，這得益于電路設(shè)計(jì)階段確立的最簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)原則，電路結(jié)構(gòu)最大程度簡(jiǎn)化，降低了系統(tǒng)噪聲，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的失效風(fēng)險(xiǎn)。


本文編號(hào)：3427453