新產(chǎn)品推薦：便攜式水體光學(xué)剖面測量系統(tǒng)C-OPS

 

其中國際上最著名的CTD生產(chǎn)商海鳥(Sea-Bird)公司就從BSI購買了幾百套光學(xué)儀器和傳感器，可以說海鳥CTD上的光量子傳感器全部是BSI制造！

 

BSI新推出的便攜式水體光學(xué)剖面測量系統(tǒng)C-OPS一經(jīng)推出就受到了全球科學(xué)家的熱烈歡迎，目前其代表用戶包括美國Clark University、南非科技與工業(yè)研究院(CSIR)自然資源與環(huán)境研究所(NRE)、法國Villefranche海洋實驗室(Laboratoire d'Oceanographie de Villefranche)、美國宇航局Goddard太空中心(NASA/Goddard Space Center)、波蘭科學(xué)院、加拿大魁北克大學(xué)(Universite du Quebec a Rimouski)、美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校等。

 

C-OPS是一款用于研究海洋光學(xué)特性的輻射測量系統(tǒng)。它由兩部個輻射計組成：其中一個測量水體上行輻亮度，另一個測量下行輻照度或上行輻照度。兩部輻射計都有19個波段并被安裝在可以自由下落的框架上�？蚣芸梢赃M行優(yōu)化調(diào)節(jié)，使之在加較淺的近海岸水體中以較低的速率沉降，而在較深的開闊洋面以較高的速率沉降。可選的配件包括：測量水上入射輻照度的參比輻照度傳感器；用于測量漫射的影帶組件“BioShade”；提供坐標(biāo)和時間的部件“BioGPS”。

 

老的光學(xué)測量系統(tǒng)系統(tǒng)并不能很好地解決淺水中的光學(xué)復(fù)雜性，主要是由于較大的儀器體積，過于接近采樣平臺，或不能很好地控制儀器的沉降速率等。在新的C-OPS系統(tǒng)中，這些問題都不存在。

? 是淺水中海洋水色研究、衛(wèi)星校準(zhǔn)和確認的理想儀器

? 完美的系統(tǒng)集成使它可以和潛水設(shè)備以及水上設(shè)備一起工作來測量輻射參數(shù)(可應(yīng)用于渾濁的近岸帶水體和清澈的大洋水體)

? 在垂直深度剖面上測量水體的輻亮度和輻照度

? 快速的采樣頻率(15Hz)，緩慢的自由下落，可調(diào)節(jié)的浮力，可人工布放，最深達300米的水下。

? 和NASA一起設(shè)計研發(fā)

? 基于BSI公司先進的微型輻射計技術(shù)制造

 

這一新的C-OPS輻射剖面測量系統(tǒng)和它所有的附件的核心部件都是微型輻射計(Microradiometers)——一種革命性的光電探測器集成的新方法。

 

BSI開發(fā)了一種小型的、卓越的光電探測器，叫做“微型輻射計”。微型輻射計由一個帶微處理器的過濾光電二極管，一個可控增益的前置放大器，一個24-bit的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個串口組成——所有這些部件集成在一個只有一支鋼筆大小的小電路板上。黃銅材質(zhì)的外套管為內(nèi)部元件提供保護，并阻隔外部電子噪音。

雖然每一個微型輻射計都是一個單獨工作的光電探測器，多個微型輻射計可以被組合在一起形成一個多波段輻射計。聚合器(左)把幾組微型輻射計和輔助傳感器集合在一起，它還控制輸入微型輻射計或從微型輻射計輸出的數(shù)據(jù)。聚合器同時控制電源調(diào)節(jié)和附加傳感器如傾角、溫度、輸入電壓和電流以及移動存儲設(shè)置(如micro SD卡)。

 

 

一個包含的19支微型輻射計的組合放置在耐壓艙中，它可以作為單機的多通道海洋水色傳感器，因其小巧的體形，一支手可以輕松拿起。

 

 

C-OPS的浮力裝置結(jié)合了空氣填充的浮體和硬質(zhì)泡沫浮體。隨著儀器的下沉，增大的水壓將氣囊壓扁，浮力降低，從而使沉降速率增大。表層水的沉降速率一般小于3 cm/s，10 m以下水深處的沉降速率將會超過30 cm/s。

 

 

 

測量入射球形輻亮度的水上參比傳感器。它的光學(xué)附件包括：用于測量漫射的影帶組件“Bioshade”和提供坐標(biāo)和時間的GPS組件“BioGPS”。

 

 

 

由電池供電的甲板控制單元。這一“Microradiometer Master Controller”為Windows系統(tǒng)的筆記本電腦(廠家提供)供電并提供測量數(shù)據(jù)，當(dāng)然，用戶的其它電腦也可以使用。隨機提供的還有BSI的用戶軟件。甲板單元還包含一個輸出串口控制器，它允許水上參比傳感器和水下傳感器根據(jù)不同的電纜長度進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，同時為它們提供最佳的電源供給。打開電源時甲板單元會顯示傳感器目錄，這一特性在處理電纜和通訊連接的問題時非常有用。

 

 

每一個微型輻射計都有自己完整的控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：微處理器、24-bit數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、基準(zhǔn)電壓、溫度傳感器和前端靜電計。靜電計組合了三個增益級，以控制電流-電壓的轉(zhuǎn)換。多支微型輻射計，測量不同波段的輻射，被集成為一個微型輻射計組，或一個完整的儀器，然后由一個叫做聚合器的電子部件(aggregator)控制從每一個微型輻射計采集數(shù)據(jù)信號。所有的微型輻射計都被同步，以保證所有波段的數(shù)據(jù)在同一時刻測量。聚合器同時也包含一個電源調(diào)節(jié)電路和數(shù)據(jù)通訊界面，也可能還裝備了一個內(nèi)置的數(shù)據(jù)存儲器(micro SD-1GB)來支持遠程數(shù)據(jù)記錄。

 

 

? 探測器：Si (13 mm²)，InGaAs (7 mm²)，或GaAsP (7 mm²)

? 光電流—電壓轉(zhuǎn)換：三個增益級的靜電計放大器：1、200和40,000

? 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)：24-bit雙極，4-125Hz數(shù)據(jù)頻率

? 動態(tài)范圍(可用)：9個十進制數(shù)量級

? 線性：使用一個可調(diào)節(jié)的光源，在信號電流范圍為1 x 10^-12 - 1 x ^10-5 的條件下，對所有的微型輻射計進行測量。通常地，與一個參比靜電計相比，誤差<1%

? 速度：ADC采樣速率從4-125 Hz可調(diào)節(jié)，通常設(shè)為125 Hz，每個采樣周期內(nèi)進行平均

? 響應(yīng)時間：小于0.01 s，增益變化所需時間小于0.1 s

? 電子靈敏度：在電流分辨率<10^-15的情況下，ADC分辨率是0.5 mA。飽和電流為160 mA。三級增益信號的范圍為1.6 x 10¹¹，定義為除以最小可分辨信號的飽和信號。

? 噪音：當(dāng)ADC以125 Hz的頻率采樣，而內(nèi)置微型輻射計對每25個樣品進行平均的情況下，數(shù)據(jù)頻率為5 Hz，此時，探測器的噪音為15-20 fA。

? 光學(xué)靈敏度：這一靈敏度取決于光譜范圍和入射光學(xué)系統(tǒng)(輻亮度和輻照度)。它被表達為輻亮度(mW cm^-2 nm^-1 sr^-1)和輻照度(mW cm^-2 nm^-1)。在5 Hz的數(shù)據(jù)頻率條件下的噪音等值信號(Noise Equivalent Signals)：

通道	輻亮度(Radiance)	輻照度(Irradiance)
320nm	2.9x10-6	9.0x10-5
395nm	5.0x10-6	6.9x10-5
490nm	1.8x10-6	2.3x10-5
683nm	9.9x10-7	1.1x10-5
780nm	6.8x10-7	8.0x10-6

注意：輻亮度傳感器已經(jīng)過水下使用的校準(zhǔn)。還要注意的是輻亮度傳感器可以直接指向太陽而不會飽和。

? 暗補償：在為每一個增益水平校準(zhǔn)時測量并設(shè)定暗補償值。在野外補償值也自動地測量并應(yīng)用，以此來適應(yīng)不同的溫度。

? 光學(xué)過濾器：10 nm全寬

? 光譜范圍：250-1650 nm(1100-1650的光譜范圍需要使用 InGaAs探測器)

 

? 尺寸：13個或19個不同波段的微型輻射計組成的系統(tǒng)安裝在一個防護罩內(nèi)，如下參數(shù)適用于19通道的傳感器：

* 直徑：2.75 inches(約7 cm)

*  應(yīng)用水深：標(biāo)準(zhǔn)型最大125 m水深，還有300 m水深的版本可供選擇

*  波長選擇：波長可以從250-1650 nm之間選擇

? 速度：一個單獨的19波段的光學(xué)儀器可以在超過30 Hz的頻率下工作。包括3個19波段輻射計的完整的系統(tǒng)的操作頻率可以大于15Hz。

? 數(shù)據(jù)頻率：使用RS232或RS485的條件下，光學(xué)儀器的通訊頻率是115,200 baud；使用RS232的條件下，甲板單元的通訊頻率為115,200 baud。

? 電源需求：19通道的光學(xué)儀器：7.5 V，90 mA。三個儀器的19通道系統(tǒng)：甲板單元需0.30 A的電流。

? 輻亮度儀器的視野：在水中，7°半角

? 輻照度儀器的Cosine Error：天頂角小于60°的情況下為±3%；天頂角60-70°的情況下為±5%；天頂角70-80°的情況下為±10%

?自由下落速度：<1 cm的深度分辨率，可調(diào)節(jié)的最終速度為6-35 cm/s，可手動調(diào)節(jié)傾角和翻滾。

? 輔助傳感器：水溫、水壓、傾角和翻滾

*  BioShade：用于測量漫射的影帶配件，測量水上輻照度的參比傳感器

*  BioGPS：GPS配件

*  用戶自定義長度的電纜，電纜卷軸

 

BioSHADE是一個使用在C-OPS水面參比傳感器上的影帶附件。這一附件可以進行180度的旋轉(zhuǎn)，使它能夠在航向不穩(wěn)定的船只上使用。當(dāng)在船只上使用時，影帶進行平穩(wěn)連續(xù)的掃描；當(dāng)在陸地上操作時，可以將系統(tǒng)設(shè)定為將影帶對著太陽直射而相應(yīng)運動，以此來測量漫射輻照度。

 

操作C-OPS的軟件中也包含控制BioSHADE的命令，用戶可在軟件中開啟或關(guān)閉影帶功能，也可以設(shè)置運動的速率。在使用船舶進行走航式測量時，內(nèi)置的pitch和roll傳感器以及高的采樣頻率在消除船體運動帶來的影響方面非常有用。

  

BioSHADE可以和Bio GPS、一個或多個水面參比傳感器一起集成在C-OPS網(wǎng)絡(luò)中。這一整個集成都由一根電纜連接到遠處(最遠可達150m)的系統(tǒng)控制單元“deckbox”和電源。Deckbox會根據(jù)電纜長度自動地補償，為系統(tǒng)提供最優(yōu)的電源供給。

BioGPS(右圖最左邊的白色圓筒)是一個固定在C-OPS水面參比傳感器上配合使用的GPS信號接收器。GPS的數(shù)據(jù)將和C-OPS的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，方便用戶無論在定點垂直剖面測量還是在船上走航測量時都能準(zhǔn)確地記錄測量點的位置。BioGPS可以和BioSHADE、一個或多個水面參比傳感器一起集成在C-OPS網(wǎng)絡(luò)中。

 

這一整個集成都由一根電纜連接到遠處(最遠可達150m)的系統(tǒng)控制單元“deck box”和電源。Deck box會根據(jù)電纜長度自動地補償，為系統(tǒng)提供最優(yōu)的電源供給。

 

 C-HOIST裝配有一個不銹鋼的滑輪和一個2.1馬力、12 V直流電驅(qū)動的電機頭。它的總承載力為300磅(約136 kg)。這一裝置通常使用90 Ah的鉛酸電池驅(qū)動，正常的情況下一次充電可以完成25次(每次約6分鐘)的操作。適用繩索的直徑為5-20 mm，沒有長度的限制。

 

C-HOIST將和一個控制單元(deck box)一起工作，允許用戶在不同的布放中使用不能的下放速度。電動馬達還有剎車功能，用戶可以讓滑輪在任何需要的時候靜止。

 

T-MAST伸縮支架，用于水面參比傳感器系統(tǒng)。伸縮長度從1.12 m到3 m。這一系統(tǒng)由美國NASA研發(fā)，借助它用戶可以將輻射計升高到船舶的高層構(gòu)架之上，從而消除船體陰影和反射的影響。

 

 

 

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