專利名稱：熱流原位探測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量技術，具體的是指地溫梯度測量和海底沉積物熱導率的 原位測量。
背景技術：
目前的科學考察中所采用的熱流原位探測系統(tǒng)，典型的可分為(1)以德國的熱流原位探測系統(tǒng)為代表，主要包括電池電量檢測、參數設置、讀取 數據、清除數據、保存數據、實時測量及校準發(fā)射熱脈沖等功能，但是該設備收放不夠方便。(2)以臺灣大學HR-3型熱流計為代表，主要包括電池電量檢測、參數設置、讀取數 據、清除數據、保存原始數據、發(fā)射熱脈沖等功能，但是該設備的測量系統(tǒng)采用命令式界面， 操作復雜不直觀。

實用新型內容本實用新型參考現有技術的優(yōu)勢，并針對其不足，提供了一種功能全面、操作方便 的熱流原位探測系統(tǒng)。為實現上述技術方案，本實用新型采用了如下技術方案熱流原位探測系統(tǒng)，主要完成地溫梯度測量和海底沉積物熱導率原位測量兩大任 務。設有溫度檢測與記錄單元和熱脈沖電源及控制電路單元，溫度檢測與記錄單元和熱脈 沖電源及控制電路單元采用經微處理器統(tǒng)一控制。所述熱脈沖電源及控制電路單元作為進 行海底沉積物熱導率測試時的恒流源。該系統(tǒng)的微處理器通過USB接口與PC機進行連接，然后按如下步驟操作(1)設 定好儀器的時鐘和測試的數據采樣速率；(2)儀器下海，進行觸底判斷、地溫梯度測量和熱導率原位測量工作；(3)回收儀器，打開通訊接口，讀取數據到PC機。作為上述技術方案的改進，所述的溫度檢測與記錄單元是一個基于嵌入式系統(tǒng) (單片機)的數據采集與記錄部分，設有高精度信號檢測電路，該檢測電路包括精密參考電 壓基準、20路測溫電橋、高精度信號處理電路、多通道模擬開關電路、對位々/!)轉換電路、非 易失性RAM數據存儲電路、實時鐘電路，以及微處理器等。微處理器分別與M位A/D轉換 器、非易失性RAM數據存儲器、實時鐘電路連接，微處理器還與系統(tǒng)電源模塊連接，RAM數據 存儲器、多通道模擬開關等也分別與系統(tǒng)電源模塊連接。整個電路由兩個12V串聯蓄電池 提供電源；多路測溫電橋由20路YSI55032熱敏電阻與三個高精度和高溫度穩(wěn)定性的金屬 膜參考電阻組成，其工作電源采用精密參考電壓基準，通過多通道模擬開關電路與A/D轉 換器連接。經多路模擬開關電路切換將不同的熱敏電阻分別接入橋路，通過精密參考電壓 基準將電阻測量值轉變?yōu)殡妷簻y量值，被測量值經信號處理后通過M位A/D轉換器單元送 入微處理器中進行處理，并將測量結果存儲到RAM數據存儲器中；實時鐘電路為微處理器 提供時鐘。
3[0012]作為上述技術方案的改進，所述的溫度檢測與記錄單元設有USB數據通訊接口電 路，以實現系統(tǒng)與PC機之間的通訊。其中接口芯片為CP2102，以實現USB2. 0到UART的轉換。作為上述技術方案的改進，整個系統(tǒng)由系統(tǒng)電源模塊供電，該模塊用兩個12V蓄 電池串聯供電，即采用MV電池電壓為各部分電路提供工作電源?；谏鲜黾夹g方案的構思，本系統(tǒng)可勝任海底地溫梯度測量及海底沉積物熱導率 的原位測量等任務。和現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果結構簡單易操作方便，功能全面，性能優(yōu)越，具有極高的測量精度，可方便地實現 測量數據的采集保存及分析處理，非常適合于海底科學考察、技術試驗等。

圖1是本實用新型的結構示意圖。圖2是本實用新型的溫度檢測與記錄單元的原理圖。圖3是本實用新型的熱脈沖電源及控制電路單元的原理圖。圖4是本實用新型的電源模塊的原理圖。圖5是本實用新型的系統(tǒng)工作流程圖。
具體實施方式
下面結合說明書附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步的說明。如圖1所示，熱流原位探測系統(tǒng)，設有溫度檢測與記錄單元1和熱脈沖電源及控制 電路單元2，溫度檢測與記錄單元和熱脈沖電源及控制電路單元采用經微處理器統(tǒng)一控制； 微處理器與計算機4之間可相互通信；整個系統(tǒng)采用系統(tǒng)電源模塊3供電。如圖1和圖2所示，所述的溫度檢測與記錄單元1包括高精度信號檢測電路11、 微處理器12及USB數據通訊接口電路13，其中檢測電路11包括精密基準參考電壓111、20 路測溫電橋、多通道模擬開關電路113、高精度信號處理電路114、對位4/1)轉換電路115、 實時鐘電路116、非易失性RAM數據存儲電路117，以及微處理器等12。微處理器12分別 與對位々/!)轉換器115、非易失性RAM數據存儲器117、實時鐘電路連接116，微處理器15 還與系統(tǒng)電源模塊3連接，RAM數據存儲器117、多通道模擬開關113等也分別與系統(tǒng)電源 模塊3連接。整個電路由兩個12V串聯蓄電池提供電源；20路測溫電橋由20路YSI55032 熱敏電阻112與三個高精度和高溫度穩(wěn)定性的金屬膜參考電阻組成，經多路模擬開關電路 113切換將不同的熱敏電阻分別接入橋路，通過精密基準參考電壓111將電阻測量值轉變 為電壓測量值，被測量值經信號經高精度信號處理電路114處理后通過M位A/D轉換器單 元115送入微處理器12中進行處理，并將測量結果存儲到RAM數據存儲器117中；實時鐘 電路116為微處理器12提供時鐘。如圖1和圖2所示，溫度檢測與記錄單元1設有USB數據通訊接口電路13，以實現 系統(tǒng)與PC機4之間的通訊。其中接口芯片為CP2102，以實現USB2. 0到UART的轉換。如圖1和圖3所示，所述的熱脈沖電源及控制電路單元2，設有熱脈沖電源電路總 開關21、電熱絲加熱電流通斷控制開關22、調整電路23及電熱絲M，采用系統(tǒng)總電源模塊3供電。其中，熱脈沖電源總開關21，不工作時處于斷開狀態(tài)，需要工作時才接通，可有效 的減小系統(tǒng)電源的消耗。接通后電源電壓經過調整負責為電熱絲供電。電熱絲加熱電流通 斷控制開關22，接通時輸出電流，斷開時電流則為0，以實現加熱電流快速而良好的通斷， 達到矩形電流脈沖的效果。兩個開關21和22分別由微處理器通過三極管來控制其通斷。如圖4所示，所述系統(tǒng)電源模塊3，設有兩個串聯的12V蓄電池31，故電池電壓為 24V0電源模塊主要包括兩部分一部分為熱脈沖電源及控制電路單元2提供電源，另一 部分經各級調整電路調整之后為后續(xù)電路、多路模擬開關、微處理器、數據存儲器等部分供 H1^ ο如圖1和圖5所示，本實用新型按如下步驟工作(1)設定好儀器的時鐘和測試的數據采樣速率；(2)儀器下海，進行觸底判斷、地溫梯度測量和熱導率原位測量工作；(3)回收儀器，打開通訊接口，讀取數據到PC機。對于本領域的技術人員來說，可根據本實用新型的所揭示的結構和原理做出其它 各種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都屬于本實用新型權利要求的保護 范圍之內。
權利要求1.熱流原位探測系統(tǒng)，其特征在于設有溫度檢測與記錄單元和熱脈沖電源及控制電 路單元，溫度檢測與記錄單元和熱脈沖電源及控制電路單元采用經微處理器統(tǒng)一控制；所 述熱脈沖電源及控制電路單元作為進行海底沉積物熱導率測試時的恒流源，整個系統(tǒng)采用 系統(tǒng)電源模塊供電。
2.根據權利要求1所述的熱流原位探測系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度檢測與記錄單 元是一個基于嵌入式系統(tǒng)的數據采集與記錄部分，包括高精度信號檢測電路、微處理器和 USB數據通訊接口電路。
3.根據權利要求2所述的熱流原位探測系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度檢測與記錄單 元設有高精度信號檢測電路，該檢測電路包括精密參考電壓基準、20路測溫電橋、高精度信 號處理電路、多通道模擬開關電路、對位々/1)轉換電路、非易失性RAM數據存儲電路、實時鐘 電路，以及微處理器，微處理器分別與M位々/1)轉換器、非易失性RAM數據存儲器、實時鐘 電路連接，微處理器還與系統(tǒng)電源模塊連接，RAM數據存儲器、多通道模擬開關也分別與系 統(tǒng)電源模塊連接。
4.根據權利要求3所述的熱流原位探測系統(tǒng)，其特征在于接口芯片為CP2102，以實現 USB2. 0到UART的轉換。
5.根據權利要求3所述的熱流原位探測系統(tǒng)，其特征在于所述的高精度信號檢測電 路設有20路測溫電橋，其工作電源采用精密參考電壓基準，通過多通道模擬開關電路與A/ D轉換器連接。
6.根據權利要求1或2或3所述的熱流原位探測系統(tǒng)，其特征在于設有系統(tǒng)電源模 塊，用兩個12V蓄電池串聯供電，為各部分電路提供工作電源。
專利摘要本實用新型公開了一種熱流原位探測系統(tǒng)，主要完成地溫梯度測量和海底沉積物熱導率原位測量兩大任務，設有溫度檢測與記錄單元和熱脈沖電源及控制電路單元，溫度檢測與記錄單元和熱脈沖電源及控制電路單元采用經微處理器統(tǒng)一控制；所述熱脈沖電源及控制電路單元作為進行海底沉積物熱導率測試時的恒流源。整個系統(tǒng)采用系統(tǒng)電源模塊供電；本實用新型結構簡單易操作方便，功能全面，性能優(yōu)越，具有極高的測量精度，可方便地實現測量數據的采集保存及分析處理，非常適合于海底科學考察、技術試驗等。
文檔編號G01N25/20GK201876323SQ20102020277
公開日2011年6月22日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權日2010年5月19日
發(fā)明者萬芃, 吳來杰, 徐行, 羅賢虎, 陳光華 申請人:廣州海洋地質調查局