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科普|海洋传感器的分类及特点

2025-02-14

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什么是传感器?

传感器是一种检测装置,能感知到被测量的信息,并将感受到的信息转化成具有一定规律的电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成,其中,敏感元件直接感受被测量,输出与被测量存在确定关系的物理量信号;转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号;变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制;转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。

分类

用途分类,传感器主要包括以下几类:测量压力、位置、液位、能耗、速度、加速度、射线辐射和温度等物理量的传感器。

输出信号分类,传感器可分为模拟传感器、数字传感器和开关传感器。


海洋领域传感器

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物理海洋学的研究离不开大量的基础数据,因此各种传感器仪器设备是海洋调查研究的基础。海洋传感器性能的稳定性、漂移、准确度等对于海洋调查研究具有巨大影响,优良的传感器性能是海洋调查的重要保障。

海洋传感器种类繁多,大致可分为水质类、水文类、地质地震类、声学探测类、光学探测类等,可获取海洋水质参数、水文要素、生态要素、地形地貌、光谱特征、声学参数、地震波等信息。

海洋传感器由于海水的腐蚀性强、服务对象相对小众,具有生产批量小、应用范围窄、使用寿命短的特点,而深远海调查又对仪器的稳定性、可靠性、一致性和精度有很高的要求,因此需要在不断应用中改进海洋传感器制造工艺,不断提高技术性能,以满足如今对海洋调查研究越来越高的需求。

海洋传感器广泛应用于海洋探测、监测和观测领域,可测量并提供各种海洋环境要素的原始数据,如温度、盐度、压强、深度等,这些数据不仅可用于海洋科学研究,还是海洋资源勘探开发、海洋生态环境保护、海防安全等领域不可或缺的重要数据。

从测量的角度看,海洋传感器需要满足海洋观测的五个主要特点:

观测时空尺度跨度大

海洋传感器观测的时空尺度跨度较大,既要捕捉厘米级的湍流,也要满足几千千米量级的洋流观测。

观测持续时间长

海洋观测结果具有连贯性、持续性,所需观测的时间也比较长,例如变化周期以几个月为单位的水动力系统观测,以年为单位的海洋温度变化、板块运动观测等。

水下水上需同步

海洋观测不仅针对海域水质,还需要关注因海洋因素造成的海上运动,因此需要水上水下同步数据监测,再对整片海域甚至附近陆地进行综合性观测。

有效保存极端情况数据

越是极端恶劣情况越需要进行海洋观测,其数据的价值越高,例如风暴潮、赤潮等,不仅对海域影响大,还会波及周边陆地,不及时防控,会造成严重的经济损失,甚至波及生命。

适应环境的复杂性、多样性

不同海域海区条件不同,因此同样的设备在不同海区呈现的能力不尽相同,与观测区域海洋环境参数关系极大。这就要求海洋传感器要攻克可靠性、功耗、小型化、抗恶劣环境能力等技术难关。


简而言之,海洋传感器对于海洋环境监测意义重大,随着其技术手段的进步,能促进海洋环境监测的智能化和高效化‌,海洋监测系统也能够实现高频率、自动化的监测,构建高度信息化的海洋自动监测体系,及时识别和应对突发情况风险和问题‌。