本发明属于海洋探测仪器技术领域，涉及一种温盐深传感器及控制方法。
背景技术
在海洋研究领域，温度、盐度与深度是基本的海洋水文要素，是海洋调查与环境监测中最重要的观测项目之一。
深海取样系统包括采水器、微生物浓缩保压取样器、海底沉积物取样器、海底沉积物特性现场测量分析等系统设备，其海水样本分层采样及海底取样的精密控制需要高质量的温盐深数据。当深海取样系统从数千米高压低温的深海中采集样本回收到常温常压的环境过程中,采集到的样本特性会因温度、盐度和深度等因素的改变而发生变化,例如样本中部分溶解性气体可能会由于过饱和而逸出损失,从而使得分析数据不能真实地反映深海原位样本的成分组成信息，并影响深海取样样本的特性反演计算与建模。由于深海取样系统在海底工作时，大量泥沙对温盐深测量产生扰动，降低了温盐深数据的测量精度。现有市面的温盐深测量仪器，在防护结构，传感器探头构造，控制方法等方面存在缺陷，不能很好的适用深海取样温盐深现场测量的应用要求。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种温盐深传感器。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种温盐深传感器，包括电导率传感器、温度传感器、压力传感器及控制主板，所述的温度传感器、压力传感器分别与电导率传感器连接；所述的温度传感器、压力传感器与电导率传感器均通过导线与控制主板连接，其特征在于：所述的电导率传感器包括电导率探头、支撑板与柱体；所述的电导率探头固定在支撑板上表面，柱体固定在支撑板的下表面；所述柱体中开设有电导率导线通孔，以及用于安装温度传感器、压力传感器的通孔。
进一步的，所述的电导率传感器包括电导率探头与柱体；电导率探头包括拱门形电导池及其内部设置的七个拱门形铂电极，每个铂电极设有相应的焊盘和导线，七个电极的导线通过所述电导率导线通孔连接到控制主板。
进一步的，所述的七个拱门形铂电极以1～3cm的间距等间距设置在拱门形电导池内部。
进一步的，所述的七个拱门形铂电极，其中第1、第4和第7个拱门形铂电极的厚度相同；第2、第3、第5、第6个拱门形铂电极的厚度相同；并且第1、第4和第7个拱门形铂电极的厚度是其余4个拱门形铂电极的厚度的两倍。
进一步的，所述的七个拱门形铂电极，其中第1、4和7个拱门形铂电极的厚度为2～6mm,其余4个拱门形铂电极的厚度为1～3mm。
优选的，温度传感器与压力传感器的探头穿过支撑板上开设的通孔伸入到拱门形电导池的内部，并处在拱门形电导池内部横截面的同一水平面上，密封安装。
优选的，为了更好的适应深海取样的应用环境，所述的温盐深传感器还包括搅拌装置，所述的搅拌装置由电机、连杆及搅拌刷组成；搅拌刷通过连杆与电机连接，所述的搅拌刷也安装在拱门形电导池内部，所述的电机通过导线连接到控制主板。
优选的，为了增强对所述的温盐深传感器的防护作用，在所述的温盐深传感器的外部设置有端盖和舱体，端盖位于舱体的顶部；所述的控制主板安装在舱体内部，电导率传感器、温度传感器、压力传感器安装在端盖上部。
进一步的，所述的端盖边沿圆周，等间距安装有若干个防护支架，所述防护支架的顶端安装有与端盖平行的防护滤网；所述的防护支架的安装位置应避开拱门形电导池的出入口，不能阻挡海水进入拱门形电导池的内部，并与出入口边缘距离间隔2cm以上。
为了实现本发明的目的，本发明还提供了所述温盐深传感器的控制方法，包括以下步骤：
（1）、测量数据前，温盐深传感器舱体中的控制主板启动搅拌装置工作1～60秒钟；
（2）、等待1～10秒钟后，搅拌装置停止工作，控制主板开始采集测量温度、电导率与压力数据，并换算成盐度数据，与测量时间、序号一起组合成数据包，存储到控制主板中；
（3）、温盐深传感器连续工作30分钟左右，控制主板再次启动搅拌装置工作1～60秒钟，并等待1～10秒钟，进行下一个周期的温盐深数据测量工作。
所述的温度、电导率与压力数据采集时间间隔可通过控制主板设置，间隔时间设置范围为0.2秒～60秒。
当然，根据不同海况，控制主板也可以设置为不启动搅拌装置，以更快的测量海水中的温盐深数据。
本发明的温盐深传感器及控制方法，利用电导率传感器探头内部水平横截面集成热敏电阻与压力传感器，并采用驱动控制直流电机搅拌刷以增强电导池内被测海水的流动性，安装防护滤网减小海水杂质扰动等一系列方法，消除并抑制在深海取样应用环境下由于泥沙沉降涌动，微生物附着，电导率探头内部海水流动不畅等原因造成的温盐深传感器性能失效、监测数据不可靠等现有技术的不足和缺陷。该温盐深传感器具有长期在线式与自容式测量的工作能力，可应用于海底观测网等深海原位观测平台，也可作为水下滑翔器等剖面自动化观测平台的主要搭载仪器，对提升温盐深传感器的数据质量具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明的温盐深传感器的整体结构示意图；
图2是电导率探头的结构示意纵向底视图；
图3是电导率传感器结构示意纵向正视图；
图4是电导率探头内的拱门形铂电极的结构示意侧视图；
图5是搅拌装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的温盐深传感器及其控制方法做出详细的描述。
如图1所示本实施例的温盐深传感器是适用于深海取样系统的传感器，其主要组成部分包括：电导率传感器、温度传感器和压力传感器，以及控制主板、端盖、舱体。端盖30和舱体29是整个传感器的外部防护装置和支撑结构，端盖30安装在舱体29的顶部。在舱体内部安装有控制主板28。在端盖的上部安装有电导率传感器、温度传感器、压力传感器以及搅拌装置。
图2和3所示，电导率传感器包括电导率探头3、支撑板31和柱体13。电导率探头3固定在支撑板31上表面，柱体13固定在支撑板31的下表面。柱体13的下端开有外螺纹，与端盖30上开设的内螺纹配合，且装配有o型密封圈，然后两者用工具旋紧安装。为了便于安装温度传感器、压力传感器和搅拌装置，在支撑板31上和柱体13内均开设有相应的通孔。
如图2、3、4所示，电导率探头3中间设有拱门形电导池4，拱门形电导池4内安装有第一拱门形铂电极5、第二拱门形铂电极6、第三拱门形铂电极7、第四拱门形铂电极8、第五拱门形铂电极9、第六拱门形铂电极10、第七拱门形铂电极11。每个铂电极都有相应的焊盘和导线，如第一拱门形铂电极5连接铂电极焊盘12，进而连接第一拱门形铂电极导线14。如图3所示，七根铂电极导线分别套装热缩管，然后通过支撑板31中的孔槽32，连接装入抗电磁干扰的七电极封装保护套管15。七电极封装保护套管15通过柱体中13中开设的电导率导线通孔16连接到舱体29中的控制主板28。
需要说明的是，七个拱门形铂电极在拱门形电导池4内等间距布置，相邻的铂电极之间间隔1～3cm。第一拱门形铂电极5、第四拱门形铂电极8、第七拱门形铂电极11的厚度为4mm；第二拱门形铂电极6、第三拱门形铂电极7、第五拱门形铂电极9、第六拱门形铂电极10的厚度为2mm。经试验验证，拱门形铂电极与被测海水有良好的化学反应性能，在海水流体介质里建立起较强的电场，为控制主板28检测信号提供了较强的感应电压。
如图1所示，温度传感器选用高性能热敏电阻，它由热敏电阻探头20、热敏电阻封装壳体21、热敏电阻导线22组成。热敏电阻壳体21安装在柱体13中开设的圆柱形通孔中，热敏电阻探头20穿过支撑板31上开设的通孔，深入到电导率探头3的拱门形电导池4内部，热敏电阻导线22连接到舱体29中的控制主板28。
压力传感器由压力传感器封装壳体18、压力传感器探头17及压力传感器导线19组成。压力传感器封装壳体18安装在柱体13的相应圆柱形通孔中，压力传感器探头17穿过支撑板31上开设的通孔，伸入到电导率探头3的拱门形电导池4内部，压力传感器导线19连接到舱体29中的控制主板28。
此处需要说明的是，热敏电阻探头20与压力传感器探头17确保安装在拱门形电导池4内部横截面的同一水平面上，并密封处理。当被测海水在拱门形电导池4内部流过时，温盐深传感器测得的温度、电导率与压力数据保证了测量时间和位置的一致性。根据盐度国际标准计算公式，将获取的温度、电导率与压力数据代入公式计算，由此得出盐度数据。
作为本发明的一种优选实施方式，为更好的适应深海取样的应用环境，本实施例的搅拌装置由直流电机25、电机动密封装置26、连杆24及螺旋桨式搅拌刷23及直流电机导线27组成，如图5所示。直流电机25通过电机动密封装置26、连杆24与螺旋桨式搅拌刷23连接。该搅拌装置的下端安装在电导率柱体13的相应圆柱形通孔中，螺旋桨式搅拌刷24也安装在电导率探头3的拱门形电导池4内部横截面上，并由直流电机25带动电机动密封装置26和连杆24，进而驱动螺旋桨式搅拌刷23进行工作。主流电机25通过直流电机导线27连接到舱体中29的控制主板28。
需要说明的是，螺旋桨式搅拌刷24可以增强拱门形电导池4内被测海水的流动性，排除深海中堆积在拱门形电导池4内部的泥沙与杂质，并对七个拱门形铂电极、热敏电阻探头20及压力传感器探头17有清洗作用，进而提高温盐深数据的测量精度。
作为本发明的一种优选实施方式，端盖30边沿圆周，等间距安装4个防护支架2。在防护支架2顶端，安装有与端盖30平行的防护滤网1。防护支架2的安装位置确保不能阻挡电导率探头3的拱门形电导池4的前后出入口，并与出入口边缘距离间隔2cm以上。防护滤网1的作用是可过滤较大的海水杂质，并对温盐深传感器的电导率探头3起到防碰撞与冲击的保护作用。
实施例2本实施例是本发明的温盐深传感器的控制方法，具体步骤和流程如下所述：
（1）、测量数据前，温盐深传感器舱体29中的控制主板28驱动直流电机25带动螺旋桨式搅拌刷24工作10秒钟，等待5秒钟；
（2）、控制主板28开始采集测量温度，电导率与压力数据，并换算成盐度数据，与测量时间，序号一起组合成数据包，存储到控制主板28中。控制主板28可设置温度、电导率与压力数据采集时间间隔，间隔时间设置范围为从0.2秒至1分钟；
（3）、温盐深传感器连续工作30分钟，则控制主板28再次启动直流电机25带动螺旋桨式搅拌刷24工作10秒钟，并等待5秒钟，进行下一个周期的温盐深数据测量工作。
需要说明的是，上述的螺旋桨式搅拌刷24工作时间和等待时间也是可以设置的。螺旋桨式搅拌刷24工作时间设置范围从1秒至60秒，等待时间设置范围从1秒至10秒。当然，根据不同海况，控制主板28也可以设置为不启动直流电机25，以更快的测量海水中的温盐深数据。
本实施例的温盐深传感器及控制方法也可以广泛应用于通用的海洋监测与调查研究工作中，为深海研究提供精确的温盐深等基础水文动力参数。