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CTD测量技术的现状与发展

1．CTD测量技术

1.1CTD测量技术简介

K=K（R）

对于海水CTD参数的测量，可以归结到一种物理量的测量。例如，由传感器测量响应

的电阻的变化来完成。简而言之，电导率C与一定海水水柱的电阻有关（C=K），可以通过

流过电导池的海水的电阻随海洋环境（海水的温度、压力和盐度）的变化来提取。温度的变

化通过热敏电阻反映海水的温度T（K=T）。而深度D一般通过压力测量，根据数学关系进

行计算。而压力P（K=P）的测量采用应变式硅阻随深度变化取得。

实际上传感器感应的海水CTD参数，通过转换电路的输出为电信号。一般说来传输特

性为一高次多项式。

为取得传感器的定标方程，要求严格的试验程序：

第一，需要足够精度的测试设备。

第二，权威的计量标准。

第三，根据传感器与定标设备，设计测量方案，制定操作步骤，测量取数。

第四，进行符合传感器物理特性的定标方程的拟合。

―九五‖―863高精度‖CTD剖面仪的定标水槽，采用直850mm，深度1300mm，控温精

度十万分之一度（0.000001°C），水平温场和垂直温场不均匀度均达到0.0003°C。利用精度

为0.001°C的基准铂电阻温度计，由F18电桥测温，由水三相点和镓熔点的温度校准。使用

8400B实验室盐度计来测量盐度，由国际一级标准海水校验。利用十万分之五的活塞度压力

计对于压力传感器进行测压。根据传感器研制测试经验，设计了定标试验的操作步骤。取得

高精度CTD剖面仪传感器的定标方程。下面给出了高精度CTD剖面仪的传感器定标方程。

1.22CTD测量技术研究

CTD剖面仪研制是CTD测量技术核心。研制过程大致分为如下几步：传感器研制，

系统安装，信号采集，数据处理。

第一传感器研制为关键。概括分为几个过程：敏感元件研制，转换电路研制和测试定标设

计实施。

首先，制作敏感元件包括生产、测试与开发应用研究。设计技术指标，优化结构，选

择材料，制定工艺和测试方法。由专业厂生产。经测试后，进入海洋环境的应用开发。解决

耐压、水密、防腐问题，解决电气特性与时间常数以及快速响应与封装材料工艺设计等。并

且完成性能测试如：温度稳定性试验，高分辨率精度试验，干扰屏蔽性能测试等。―九五‖―863‖

研制的高精度CTD剖面仪的传感器为：封闭式电极式电导率传感器，热敏电阻温度传感器

和石英数字压力传感器[1]。

然后，设计转换电路。根据传感器的特点，确定电路形式：振荡器为频率输出，或者

A/D转换为数码输出。对于高精度快速响应的一般采用前者。而对于低功耗的设计多选择后

者。需要解决的是噪声干扰和温度漂移问题。通过运用电路技术如：设计反馈网络、试验接

地接零，屏蔽外界干扰，建立模拟或数字化补偿机制等措施。确保传感器输出信号稳定。―九

五‖―863研制‖的高精度CTD剖面仪，转换电路采用了经典的文氏振荡器内核，辅助以电路

稳定技术：反馈、补偿等[1]。

最后，在完成敏感元件制造与转换电路调试基础上，进行传感器性能试验以及定标测

试。建立试验环境、专用测试设备和CTD测试标准。借助大型恒温海水水槽，依据传感器

的物理特性，制定测试方法，通过一定的测试流程、观测点选取和数据采集，建立传感器数

据处理的数学和定标方程。―九五‖―863研制‖的高精度CTD剖面仪的定标恒温设备和测量标

准是具有世界水平的大型恒温海水槽，水平温场和垂直温场稳定度为万分之三摄氏度，一等

铂电阻温度计通过F18电桥测温，由8400B实验室盐度计产量电导率，而运用十万分之五

的双火塞压力计进行压力测试[1]。

第二系统安装，不仅采用耐压、水密和防腐材料，而且要考虑加工和特殊性能处理。

对于海洋剖面仪的工作环境，系统安装对于传感器测量性能关系密切，布放方法和动态的海

洋环境特点，一般应通过硬件和程序设计，同时，传感器的稳定性与海水特性（物理的、化

学的等）影响以及用户对传感器的专门维护不可分割。―九五‖―863研制‖的高精度CTD剖

面仪设计了专门结构（如海水流经路线）与维护方案（如电导池清洗流程）[4]。

第三信号采集。对于传感器信号的采集传输，关键在于振荡器频率的高分辨率采集。

一般设计专用逻辑线路，如混合周期计数器来实现。而传输通讯，针对海水电导率、温度和

压力传感器信