海洋传感器设备发展历程

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  • 发布时间: 2023-12-25

海洋总是充满着迷人的色彩

这块地球上最大的水体

不仅是生态圈不可缺少的一环

在军事和民生中也起到重要作用

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随着人类对于陆地表面探索基本成熟,如今想要寻求进步,我们必须将目光望向海洋,这也使得相关研究人员和行业对海洋探测设备表现出极大的兴趣。

早期的海洋设备多为人工操作,虽然一些设备制作精良,但原理并不复杂。进入计算机时代后,随着技术的发展,探测不同参数的智能传感器纷纷涌现。基于这方面的优势,人们对于海洋的探测研究也取得了良好的进展。

 

早期

1876年12月7日,英国2300吨排水量的“挑战者号”海洋科考船开始了为期三年半的海洋科考活动,开启了近代海洋科学研究的历史。

此次科考活动目的在于探测除北冰洋外的其他各大海洋区域,内容包括水文调查、深度测量、生物探测、温度测定。得到了海洋深层水温分布数据,发现了4400多种海洋生物,绘制了部分海域等深线图,首次采集到了锰结核,并发现了深海软泥和红土等。

此次海洋科考活动由英国爱丁堡大学的C.W.汤姆逊领导,当时船上装备了那一年代最先进的海洋探测仪器等设备。仪器有回声探测器(早期的声呐),温度传感器、压力传感器(深度传感器)、拖网、海水采样器、沉积物采样等设备。

这些设备为海洋研究奠定了坚实的基础。

 

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自动化时代

上个世纪有个名叫冯·诺依曼的大神整出了电子计算机,海洋研究随之进入了自动化时代。电子计算机的出现极大推动了海洋事业的发展,以水下潜航器和水声技术的发展为标志,海洋探测技术进入了自动化时代。由于微波很难穿透海水,因此在水下探测和通信上面几乎无法应用。

以潜艇为例,潜艇要与外界进行通信,需要将通信设备浮到水面以上才可以。事实上,微波在水中穿透深度一般最大为0.7米,也就是说如果潜艇在水下发送微波信号,没传到水面就衰减完了。

而声音在水下则具有良好的传播特性,因此声学成为了海洋探测的重要理论和工作基础。如今,利用声学探测海底的地形地貌、海洋探测、水下通讯和水下导航等技术已经十分成熟。相关的仪器包括:回声探测仪、声呐、声学多普勒流速仪(ADCP)、水声通讯系统、鱼探仪等。

 

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此外,利用电学、光学等原理的传感器设备也层出不穷,如水质传感器、水文传感器、压力传感器等。

这些传感器虽说名义上是自动化,但实际上还是需要人为发送指令去控制,只是在探测精度上较早期的海洋探测设备而言有了质的飞跃。

自动化时代,海洋传感器设备发展得更加丰富多样,人们利用这些设备能够更精确地探测海洋,对于海洋的认识在短时间内获得极大的提升。

 

智能化时代

进入21世纪,海洋经济极大的发展,催生了庞大的海洋探测市场。由于海洋广袤的特性,传统的探测手段需要人员跟随船舶或者浮台长时间逗留海上,成本和人员工作量随着探测任务的增加而显著增加。由此,智能化传感器设备应运而生。智能化传感器设备在测量各个指标时的原理与自动化设备相比并没有特别大的变化。

其区别在于智能化传感器监测设备能够搭载于各种监测平台上,在无人控制的情况下自动工作。为了应对海洋当中的附着和腐蚀,这些设备往往还具有耐腐蚀的外壳和抗附着、自清洁的功能

在搭载平台方面,这些传感器往往会搭载于自沉式剖面探测浮标(Argo浮标),水下滑翔机、水下机器人、自容式水下监测平台等平台上。这些平台将传感器的数据收集整合再统一发送,能够显著提升海洋监测的效率。

 

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以Argo浮标为例,其上搭载的温、盐、深传感器能够自动化收集各项数据,然后由浮标通过卫星数据链将数据发送出去。研究人员只需坐在办公室中使用这些数据就行,不必再亲自跑到海上去测量。

这些传感器设备是海洋探测智能化不可或缺的一环,通过传感器与监测平台的组合,海洋探测智能化的目标逐渐达成。

江苏阅水智芯科技有限公司的原位芯片级多参数水质传感器,就是在智能化时代发展中应运而生的一款专门用于监测水质参数的的设备。具有可定制、耐腐蚀、免维护等优点,适用于多环境下的水质监测,对于深海监测、浅海海洋牧场监测等,可实现智能化实时监控。

 

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发展趋势

未来海洋设备的发展一定是向着智能化、无人化发展的。如今人工智能的发展已经能够帮助人类处理一些重复性高的工作。随着技术的发展,像深海、井下、溶洞这些信号难以传输的区域,也不必人亲自冒险前去探索。

通过这些智能化设备的应用,能够极大地减少人力消耗,提升海洋探测、监测的效率,为海洋经济发展、海洋学科研究做出极大的贡献!

 

*文中部分图片来源自网络,侵删致歉

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