FZF2_3型海洋资料浮标传感器系统

第17卷　第2期1998年6月

海　洋　技　术

OCEAN TECHNOLOGY

Vol.17,No.2

June,1998

FZF2-3型海洋资料浮标传感器系统

赵　力

(山东省科学院海洋仪器仪表研究所,青岛266001)

摘　要

本文介绍了FZ F2-3型海洋资料浮标系统中各种传感器的技术性能指标、工作原理、构造特

性及在海洋浮标系统中进行海洋监测工作中的应用情况。

关键词　浮标　传感器　技术性能

海洋资料浮标系统中的各种传感器是浮标系统的主要组成部分之一,是进行各种海洋水文气象要素测量的一次代表。其性能指标的优劣直接决定着浮标系统测量数据的质量。目前,我国资料浮标系统测量所用的传感器多数是国内厂家研制生产的,只有少数传感器是进口的。各传感器的性能指标基本上能满足资料浮标的需要。在FZF2-3型海洋资料浮标系统中,主要配有风速风向、方位、气温、气压、水温、波浪等传感器。本文就这些传感器的技术性能、工作原理、构造特征以及在浮标系统中进行海洋环境监测中的应用情况作以下介绍,以期交流。

1　风速风向传感器

FZF2-3型海洋资料浮标系统中的风速风向传感器采用的是美国R.M.Young公司的05103型风速仪,它结构简单轻便、耐腐蚀、设有滑环和电刷,因而增加了可靠性。

风速传感器的四片旋桨是用聚丙烯材料制成的,直径为18cm,螺距30cm,距离常数是2.7m,旋桨的启动灵敏度是0.6m/s。旋桨转动产生的频率正比于风速的正弦交流信号。交流电压信号是由装在旋桨轴上的无极环形磁铁感应安装在主壳体内中心位置上的线圈而产生的,该线圈安装在主体的非转动部分,因而不需要滑环和电刷。尾翼的启动灵敏度是1m/s,阻尼常数是0.25,尾翼的位移是通过一个连接器传送到位于风速感应线圈下面的主壳体密封室的导电塑料电位器上,当激励电压加到电位器上时,输出信号是一个正比于方位角的模拟电压。

05103型风速仪的技术指标为:

收稿日期:1998-02-13

测量范围:风速　0～80m/s

风向　0～355°

极限值:最小启动风速　0.3m/s

风向标　0.9m /s(风速)　偏移角10°

1.3m /s (风速)　偏移角5°

信号输出:风速　磁感应交流电压,每转3个脉冲,1800r /m in ,8.8m /s

风向　直流模拟电压0～5V

电源电压:5～15V

重 量:1kg

05103型风速仪的工作原理为:

风向测量是由平衡良好的尾翼在垂直轴承上自由转动,其角位移通过一个连接器传到精密导电塑料电位器上,该电位器有355°有效功能角度。当所需的恒定的激励电压加到电位器上时,模拟输出电压正比于风向的方位角。电位器有一个5°的开区(死区),在正常情况下,电位器的开区是指向北并使之对应于输出信号的零电平。当尾翼从北按顺时针方向转动时,引起方位信号增加,直到355°的最大转动。在355°～0°之间,信号输出为“零”,这样,电位器在0～355°范围内提供最佳的线性输出。

风速测量电路是用漆包线(美国线规36#)在注塑的骨架上绕约4000圈制成。该线圈安装在主壳体内的中心位置上。安装在旋桨轴上的无极环形磁铁在线圈内产生一个交流正弦波电压,其频率为旋桨转动一周出三个周期的正弦波加之30cm 的螺距,每周正弦波信号代表10cm 的风程。

05103型风速仪是FZF2-3型海洋资料浮标系统中数个传感器中的唯一的国外进口传感器,该传感器自1996年随浮标系统投放使用以来,测得了大量的风速风向数据,特别是在1997年8月的10号台风入境时,分别在两个时次测得了35.1m /s 和33.4m /s 的风速,为有关部门提供了切实可靠的气象资料。

2　方位传感器

方位传感器选用的是中科院海洋研究所生产的YQY5-2型磁通门罗盘方位传感器,它是依据感应地球磁场来检测方向的,具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、维护方便等特点,是浮标上用来测量方位参数的首选仪器。

YQY 5-2型磁通门罗盘方位传感器的技术指标为:

测量范围:0～360°

准确度:±5°

分辨率:0.5°

工作温度:-10℃～+45℃

允许倾角:±30°

输出形式:脉冲计数

电 源:+12V DC (±20%)

耗 电:<20m A

39　第2期 F ZF 2-3型海洋资料浮标传感器系统

重 量:

450g

图1

YQY 5-2型磁通门罗盘方位传感器的基本

工作原理是依据二次谐波法磁通门磁力仪的原理

制作而成的,它是由高导磁软磁磁环、激励绕组和

测量绕组构成感应部件,通过感应地球磁水平分

量的两个正交分量来确定方向的。

测量绕组是一对在空间相互垂直的线圈,如

图1。激励绕组的作用是通过激励信号将磁环推

向深度饱和状态,据二次谐波法原理,在测量绕组

两端将产生二次谐波电压的合成矢量,其幅角与绕组相对于地球磁场的夹角相关。利用高稳定性滤波器将频率为激励信号频率的二次谐波分量检出,再通过整形、相位比较即可获得要测量的方位角。其方框图如图2

。

图2　磁通门罗盘方框图

3　温度传感器

温度传感器在气象观测等领域中是最普遍、最主要的参数之一。在FZF2-3型海洋资料浮标系统中用于温度测量的参数就有三处之多—水温、气温和舱温。我们选用了我所研制的AD590温度传感器,它采用集成温度传感器AD590K 为感应元件,配以高精度、高稳定性的放大器、设计了精确度较高的温度—电压变换器,这种变换器在很宽的温度范围内,输出的电压与被测温度始终保持很好的线性关系及极小的误差。

该温度传感器的主要技术指标如下:

测量范围:-15℃～+45℃

精确度:±0.2℃

分辨率:0.1℃

输出形式:模拟量0～5V

电源电压:±12V DC (±20%)

耗 电:<20m A AD 590温度传感器电原理图如图3所示。

其工作原理为:由基准电压源M C 1403输出标准2.5V 电压,通过R 1和RW 1加到AD 590

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