Argo浮标CTD温度传感器实验室中测试评估方法

车亚辰，程 敏，邹　强

（国家海洋技术中心，天津　300112）

Argo浮标CTD温度传感器实验室中测试评估方法

车亚辰，程 敏，邹强

（国家海洋技术中心，天津300112）

文中主要研究Argo用CTD在实验室内进行海洋工作状态的模拟。由于Argo用CTD温度传感器布放在深海区域，在高压低温的状态下，在剖面测量中曾经出现低温温度跃迁的现象，因此在CTD实验室对其温度性能测试评估方法加以改进。具体方法如下：先以常规测试评估方法检验，将已经确定达到指标要求温度传感器在压力罐内反复加压、保压、泄压，对其进行长期温度性能测试。根据实验数据总结出Argo浮标用CTD温度传感器的海洋环境温度测量特性及具体测试评估方法，使实验室温度测试水平得到提升。

Argo浮标；温度传感器；压力；评估

自沉浮式剖面探测浮标是一种海洋观测平台，应用在国际Argo计划，专用于海洋次表层温盐深剖面测量。而Argo浮标用CTD是针对Argo浮标平台开发的，在大洋水文调查中，有着广泛应用。Argo浮标用CTD正在逐步进入产品化阶段，相应的性能测试和评估方法对其研发生产有着重要作用。

1　Argo浮标工作简介

Argo浮标的工作流程如下（如图1）：

图1　Argo浮标工作流程图

2　Argo浮标CTD温度传感器实验室新测试评估方法

2.1Argo浮标CTD温度传感器实验室常规测试评估方法

从Argo浮标的工作过程可以看出，浮标先下潜至2 000 m水深处，然后完成2 000 m到海平面的剖面测量，浮标待机时会长期停留在1 000 m水深区，如此反复测量。针对Argo浮标的工作过程，国家海洋技术中心温盐深测量技术实验室设计了适用于Argo浮标实验室测试评估方法。

根据常规CTD实验室性能评估方法——JJG 763-2002《温盐深测量仪》检定规程进行测试，具体操作如下：

测试前向恒温海水槽中注入盐度为35左右的海水，并将水槽中的海水升温至35℃左右，进行控温。测试时将被测仪器放入恒温海水槽中，浸没在海水中300 mm左右，水槽内放置一等铂电阻温度计。恒温水槽的温度从32℃逐渐降温至2℃，均匀选取32℃，28℃，24℃，20℃，15℃，10℃，5℃，2℃共计8个测试点。在海水槽温度达到测试温度点后进行控温，当海水槽温场波动度优于±0.000 5℃时，即认为达到温度平衡状态。在3 min时间内读取仪器10组温度读数，作为温度传感器显示值。同时从测温电桥读取10组一等铂电阻温度计的读数，作为该测试点上的温度标准值。

重复以上过程直至完成规定各点的测试。

以上评估过程均在常规气压下进行，而Argo浮标实际的工作状态是长期停留在1 000 m水深区，短暂进行剖面测量。上述的检定流程与Argo实际的工作状态并不完全一致。

2.2Argo浮标CTD实际工作出现的问题

如果仪器仅进行了上述的常规定标过程，一台已经过校准的Argo浮标CTD在海试中曾出现下面的问题（如图2）。

图2　Argo海试中问题数据

该图为该浮标在同一海区取得的剖面测量数据，每条线代表一组剖面数据，相邻两组数据间隔10 d。从数据图表右下方可以看出，此Argo浮标的CTD在（1 500～2 000 m）高压（实际温度应在2～5℃）低温时，初始工作正常，但历经若干剖面后，最后的5组剖面测量出现低温的温度跃迁，在1 500 m水深内温度恢复正常，表现出CTD传感器在高压低温下工作时出现的问题。为了解决该问题，需要设计合适的检验方法对此进行检验。

2.3Argo浮标CTD实验室新测试评估方法

根据Argo的工作流程，设计了一种利用压力罐及恒温水槽来近似模拟Argo实际工作环境的评估方法。

首先按常规的CTD性能测试评估方法，进行温度性能检测评估。确定满足技术指标后，将仪器放入水静压力罐中，进行加压和泄压的实验过程来模拟Argo浮标上浮与下沉工作状态，重复模拟10～20个加压、保压、泄压过程。再放入恒温水槽中，按常规的CTD性能测试评估方法，对其温度性能做二次测试评估。

护患沟通组患者的满意度(96.00%)显著高于常规导诊组患者(78.00%),数据对比差异存在统计学意义(X 2=7.1618,P=0.0074<0.05)。数据内容如表2所示。说明护患沟通在一定程度上增强了门诊患者对导诊服务的满意程度。

由于评估方法中综合考虑了加压、泄压以及长时间保压过程，所以该实验方法能更为合理地测试评估出Argo浮标CTD的温度性能。

3　Argo浮标CTD温度传感器实验室新测试评估方法及数据分析

3.1Argo浮标用CTD温度传感器和主要技术指标

Argo浮标用CTD温度传感器如图3，其主要技术指标见表1。

图3　Argo浮标用CTD温度传感器样机

表1　Argo浮标用CTD温度传感器主要技术指标

3.2数据分析

3.2.1Argo浮标用CTD温度传感器校准及常压复测数据选取3台Argo浮标用CTD（仪器编号标记为1#、2#、3#）进行检验，按照JJG 763-2002《温盐深测量仪》检定规程在国家海洋技术中心温盐深测量技术实验室（如图4）进行温度校准，记录以下数据：

图4　实验室测试环境

图5　Argo1#、2#、3#传感器常压测试数据

表2　Argo1#、2#、3#传感器常压下测量最大误差

通过每台仪器1次校准实验，4次复测实验，可以得出此3台Argo浮标用CTD温度传感器在常压下测量最大绝对误差均不大于0.005℃，且误差出现位置随机，因此确定满足技术指标要求。

3.2.2Argo浮标用CTD温度传感器加压复测数据根据本文提出的评估方法对此3台Argo浮标用CTD温度传感器进行反复加压泄压25 MPa（10～20次）以及不小于3 h保压实验（如图6）：

图6　压力实验装置

此后再对其进行温盐复测实验，数据分析如表3及图7。

图7　Argo1#、2#、3#传感器加压后温度复测数据

表3　Argo1#、2#、3#传感器加压后测量最大误差

通过以上数据可见，在该实验方法测试下，Argo1#温度传感器在2～5℃之间测量时出现微小漂移（如图7方框内所示），形成最大绝对误差，与之前海试中的问题数据出现的工作状态相吻合，由于低温温度跃迁是缓慢形成的，此微小偏差在进行更多次的加压实验后会形成较大的偏差，以致出现海试数据中的低温温度跃迁现象；而Argo2#与Argo3#最大绝对误差出现的位置依旧随机，与常压下测量结果比较无明显差异。

实验室将实验数据及分析过程反馈给了相关研制部门，该研制部门对此测试评估方法表示认可，对所有Argo浮标CTD温度传感器进行同样测试实验，并建议根据此测试评估方法检验，避免类似问题再次出现。

4　结论

温盐深测量技术实验室为CTD测量提供测量标准与环境，针对不同的仪器的测量与评估方法是需要不断的积累和改进的。从以上论述中，可见常压下传统的温度校准与复测方法对于长期深海反复剖面测量的仪器是不全面的，深海中长期压力对温度传感器的影响也是需要有效评估的，本评估方法能有效的检测Argo浮标CTD的性能，并且应用在CTD的温度传感器校准中，有助于提高相关仪器的测量精度和研制水平，同时提升了实验室的测试水平与能力。

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［3］于厚隆，贾肇基.具有国际先进水平的CTD定标检测设备［J］.海洋技术2001，20（1）：128-129.

［4］刘增宏，许建平，孙朝晖.Argo浮标电导率漂移误差检测及其校正方法探讨［J］.海洋技术2007，26（4）：72-76.

［5］张川，胡波，王聪，等.ARGO浮标海上比测试验研究［J］.海洋技术2011，30（2）：94-98.

Research on the Method for Testing and Evaluating Argo CTD Temperature Sensors in the Laboratory

CHE Ya-chen，CHENG Min，ZOU Qiang
National Ocean Technology Center，Tianjin 300112，China

This paper mainly studies the simulation of actual working state of Argo CTD in the laboratory instead of the sea.When the temperature sensors on Argo CTD work in deep sea with low temperature and high pressure，low temperature transition appears after several profile measurements，and the temperature performance testing and evaluating method is improved by the researchers in the CTD laboratory.Firstly，the temperature sensors of Argo CTD are tested with regular testing and evaluating method，and those reaching the index requirements repeat pressure increasing，maintaining and decreasing in the pressure tank，and then temperature performance tests run over a long period.According to the experimental data，this paper summarizes the properties of temperature measurement in the marine environment and the specific testing and evaluating methods for the temperature sensors on Argo CTD.The method proposed in this paper can improve the level of temperature measurement in the laboratory.

Argo buoy，temperature sensor，pressure，evaluation

P715.2

A

1003-2029（2016）03-0078-04

10.3969/j.issn.1003-2029.2016.03.015

2015-12-03

车亚辰（1989-），男，本科，助理工程师，主要研究方向为仪器测量评估。E-mail：328752367@qq.com