Доступно о CTD - зондах

Много лет как в научно-исследовательскую жизнь в области океанологических исследований, гидрологии и поисковых работ вошли и стали практически незаме­нимыми CTD-зонды. Они позволяют получать в процессе зондирования профили вертикального распределения температуры и электропроводности (солености).

Как правило, датчики всех трех параметров вместе с устройствами сбора информации размещены в едином прочном корпусе погружаемого устройства (ПУ) зонда. Часто, по мере необходимости, в комплектацию зондов входят датчики и других парамет­ров (например, гидрохимических), а также другие измерители и дополнительное оборудование (датчик касания дна, альтиметр и т.д.). Если они не размещены в корпусе зонда, а являются внеш­ними по отношению к нему, то это уже рассматривается как зондирующий комплекс. Таким образом зондами можно именовать устройства, которые измеряют электропроводность, температуру и давление, независимо от их механической конструкции или наличия дополнительных устройств, в стандартном варианте поставки включенных в общий корпус.

Часто по эксплуатационным качествам CTD зонды делят две группы: зонды, работающие на кабель-тросе, и автономные зонды, для использования которых достаточно обычного троса. Среди производителей зондов имеется несколько крупных компаний-лидеров, разрабатывающих, и выпускающих зонды, которые отличаются наиболее высокими метрологическими характеристиками. Одним из таких флагманов-производителей зондов является немецкая фирма Sea&Sun (Германия).

Классификация зондов по их техническим и эксплуатационным качествам

Первый тип - кабельные зонды. Они используют кабель-трос для своего элек­тропитания и передачи данных о параметрах среды и другой ин­формации па бортовое устройство (БУ). В ранних моделях CTD зондов эти данные передавались в аналоговом виде (изменение напряжения, тока или частоты) по многожильному кабель-тросу. Но сегодня прогресс не стоит на месте и во всех зондах данные измерителей преобразуются в последовательный код и далее в цифровом виде передаются на БУ или сразу на компьютер. В качестве линии связи обычно применяют одножильный кабель-трос. Если на тросе закреплено несколько разных, устройств, то в этом случае может использоваться многожильный кабель-трос. Главным достоинством кабельных зондов является возмож­ность наблюдения за изменением измеряемых величин в реаль­ном масштабе времени. В особенности это важно для совместной работы зонда с кассетой батометров, где требуется выбор горизонтов отбора проб непосредственно во время зондирования. Другой важной областью, где это качество также необходимо, является использование зонда на буксируемом носителе или в системе прокачки забортной воды для оперативной оценки характеристик водных масс, например для поиска фронтальных зон.

Второй тип - автономные зонды. Такие зонды получают электропитание от внутренних аккумуляторов или батарей, а результаты измерений регистрируются в запоминающем устройстве для последующего считыва­ния на борту судна. В связи с развитием цифровой техники и соз­данием недорогих твердотельных устройств памяти большого объема, этот тип зондов в последнее время получил широкое рас­пространение. Однако можно отметить, что в автономном режиме могут работать и многие модификации кабельных зондов, имеющих встроенные или подсоединяемые к ним внутреннюю память и собственный источник питания. Обычные тросовые лебедки значительно дешевле кабель-тросовых как по своей стоимости, так и в эксплуатации. В связи с этим способность зондирования на обычном тросе делает авто­номные зонды очень привлекательными для использования на судах, не предназначенных для научных исследований. Выгод­ным моментом является то, что в морских условиях автономные зонды практически не нуждаются в специальном обслуживании. Особенно популярными такие зонды стали на судах, используемых для попутных исследований, позволяя любому члену экипажа или прикомандированному научному сотруднику работать с зондом в одиночку и практически с "любой веревки". Еще одна область, где автономные зонды являются незамени­мым инструментом - это их установка на долговременные стан­ции - донные, дрейфующие и т.п. Однако, в отличие от режима зондирования, где возможно применение и кабельных зондов в автономном варианте, зонды, используемые для долговременных постановок, должны обладать несколько иными качествами. Здесь наибольшее значение приобретает экономичность электропитания. С одной стороны, выполнение этой задачи требует специальной элементной базы, а также соответствующего подхода в выборе датчиков и схемных решений. С другой стороны, для долгопериодных измерений нет необходимости в частом опросе датчиков как при режиме зондирования, наоборот - в зависимости от выполнения поставленных задач, период опроса может быть в пределах от минут до часов. В последнее время сформировалась принципиально новая концепция построения CTD-зонда. За основу берется автоном­ный режим работы, при этом все электронные компоненты имеют минимальное энергопотребление. Практически все современные модели зондов работают под управлением микропроцессора с внутренним таймером, которые являются ядром функциональной схемы.

Классификация зондов по уровню точности

Если проанализировать характеристики современных зондов и измеряемых ими параметров, то можно классифицировать зонды по четырем уровням точности. Одновременно эти уровни имеют соответст­вующие степени конструктивной сложности базового прибора и вариантов комплектации, а также предполагают разные ценовые пределы как для собственно аппаратуры, так и для стоимости ее эксплуатации.

Предлагается следующая классификация:

1-й класс - это высший уровень, который предполагает изме­рения любого масштаба, вплоть до работ по международным программам. Де-факто, критерием высокого метрологического качества СТD-зондов является их соответствие выполнению за­дач программы WОСЕ. Как правило, такие зонды являются осно­вой судового зондирующего комплекса, который устанавливается в качестве штатного оборудования на всех крупных научно-исследовательских судах. В связи с тем, что одной из важнейших составляющих такого комплекса является батометрическая кассета, CTD-зонд должен быть обязательно кабельным и передавать информацию в масштабе реального времени CTD-зонды 1-го класса имеют наивысшую степень сложности и, соответственно, отличаются высокой ценой. Для их эксплуатации на зарубежных судах существуют специальные группы технических специалистов, а их калибровка проводится наиболее часто, причем только в сертифицированные береговых центрах. Компания Sea&Sun совместно с компанией Hydro Bios(Германия)для таких целей специально был разработан целый комплекс, который позволяет решать подобные задачи.

2-й класс — это средний уровень, не требующий наивысших метрологических характеристик CTD-зондов, но он должен позволять проводить полигонные съемки с использованием данных при изучении мезомасштабных и, частично, мелкомасштаб­ных процессов. Как правило, зонды этого класса значительно проще и дешевле зондов высшего уровня. Однако иногда, при тщательной калибровке, эти зонды допускается к использованию на научных судах в качестве основных, или могут быть их дублерами. Отдельные модели CTD-зондов 2-го класса могут комплектоваться дополнительными датчиками и даже батометрическими кассетами. Для работы с этим оборудованием обычно не требует­ся многочисленный персонал и, в зависимости от комплектации, достаточно 1-2 человек. Большинство зондов 2-го класса могут работать как в кабельном варианте, так и в автономном. В связи с этим обстоятельством, такие зонды часто используются на судах, не оборудованных кабель-тросовыми лебедками, но используемых для ведения исследований среднего уровня.

3-й класс, или минимальный уровень прикладных задач (например, в промысловых исследованиях) где для CTD-зондов требуется поиск промысловых скоплений по изотермам, а также обеспечения работы гидроакустических средств (оценка реальной скорости звука). CTD-зонды этого класса также используются для оценки сезонных, синоптических процессов. Обычно эти зонды являются законченным изде­лием и не комплектуются дополнительными датчиками или дру­гим оборудованием. Зонды имеют относительно малую стои­мость и могут эксплуатироваться персоналом без специальной квалификации. Как правило, такие зонды являются автономными и могут использоваться на необорудованных судах.

4-й класс, или ненормированный уровень, включает зонды, предназначенные для вспомогательных задач, связанных с оце­ночными измерениями. Как правило, эти зонды имеют в наборе еще несколько датчиков и представляют собой легкое погружае­мое устройство, связанное с цифропоказывающим БУ много­жильным кабелем длиной 30 - 200 м, намотанным на ручную вьюшку. Иногда такие зонды имеют варианты с памятью и авто­номным питанием. Эти приборы полностью автономны, могут использоваться с легких плавательных средств и являются своеобразными тестерами качества воды.