海洋调查方法之传感器和仪器（2）

二、传感方式

（一）点式传感器

点式传感器，感应空间某一点被测量的对象。例如，用水银温度表观测海面温度，悬挂的多层颠倒温度表观测不同层次温度，验潮仪、测波仪、安德拉海流计等都属于这类传感器。美国的海洋地质调查手段，一直向着深、精、直观和综合方向发展。所谓深，就是探测的深度越来越大。所谓精，就是对沉积层、地壳甚至上地幔探测的精度越来越高。所谓直观，就是通过各种仪器和潜艇使海底现象可以直接观察到，并通过深海钻探可以直接取到较老沉积和洋壳资料。

RHCM杆持式测流计

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（二）线式传感器

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当传感器沿某一方向运动，或者传感器不动，但是传感信号可以穿透一定水层，从而获得某种海洋特征变量沿这一方向的分布，如温盐深自动记录仪（CTD）、ADCP声学传感器等。现在，各种仪器也朝着组合使用和长期连续观测的方向发展。如斯克里普斯海洋研究所的深拖，就是把各种水下仪器，如采样（包括水样和生物样）设备，深度、能见度、温度、差异压力和磁力等测定仪器，照相机、电视、声呐（包括上视、下视和旁视）等设备综合组装于一个能用船拖着走的架子上。在调查船行进时，此仪器系统距洋底很近，可记录并观察到洋底及其附近的许多真实情况。

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DW16系列温盐深仪

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（三）面式传感器

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近代航空和航天遥感器能提供某些海洋特征量在一定范围内的海面（X、Y）上分布。高频地波雷达（HF Surface Wave Radar）是当今国际上海洋观测的先进设备，利用海洋表面对高频电磁波的一阶散射机制和二阶散射机制，可以从雷达回波中提取风场、浪场、流场等海况信息，实现对海洋环境大范围、高精度和全天候的实时监测。

（四）传感器的发展方向

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1.微型化

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微型化传感器具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。其核心技术是研究微电子和微机械加工与封装技术的巧妙结合，期望能够由此而制造出体积小巧但功能强大的新型系统。经过几十年的发展，尤其最近十多年的研究与发展，微机械加工和封装技术已经显示出了巨大的生命力。在当前技术水平下，微切削加工技术已经可以生产出具有不同层次的3D微型结构，从而可以生产出体积非常微小的微型传感器敏感元件。

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波浪精灵（微型）

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2.多功能化

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通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量，但在许多应用领域中，为了能够完美而准确地反映客观事物和环境，往往需要同时测量大量的物理量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器则是一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探测系统，它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式，用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。随着传感器技术和微机技术的飞速发展，目前已经可以生产出将若干种敏感元件组装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器。

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3.智能化

智能化传感器是指那些装有微处理器的，不但能够执行信息处理和信息存储，而且还能够进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。这一类传感器就相当于是微型机与传感器的综合体，其主要组成部分包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备。如智能化压力传感器，主传感器为压力传感器，用来探测压力参数，辅助传感器通常为温度传感器和环境压力传感器；采用这种技术时可以方便地调节和校正由于温度的变化而导致的测量误差，而环境压力传感器测量工作环境的压力变化并对测定结果进行校正；而硬件系统除了能够对传感器的弱输出信号进行放大、处理和存储外，还执行与计算机之间的通信联络。

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4.无线网络化

传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端，从而真正实现“无处不在的计算”理念。传感器网络的研究采用系统发展模式，因而必须将现代的先进微电子技术、微细加工技术、系统SOC芯片设计技术、纳米材料与技术、现代信息通讯技术、计算机网络技术等融合，以实现其微型化、集成化、多功能化及系统化、网络化，特别是实现传感器网络特有的超低功耗系统设计。

但是，目前，传感器的广泛应用仍面临着一些困难，今后一段时间里，传感器的研究工作将主要是选择灵敏度高的敏感元件，提高信号检测器的使用寿命和传感器的稳定性以及传感器的微型化、便携式等问题。

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（文章摘自中国海洋大学出版社出版的《海洋调查方法》，图片来自水德科技官网www.watertools.cn）

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