德國SubCtech公司——走航式海洋表層多要素測量系統(tǒng)
OceanPackTM Autonomous Underway Measuring System(AUMS)
設(shè)備特點：
√高度智能化和現(xiàn)代化，減少人力
√多種尺寸，應(yīng)用靈活
√海氣二氧化碳測量
√硅膜快速分離水中CO2，T90<3min
√采樣頻率1Hz
√標(biāo)氣自動校準(zhǔn)、自動調(diào)零
√自動清潔，防止生物附著
√自帶進水控制器
√專用NetDI?系統(tǒng)，觸屏式一鍵設(shè)置
√幾乎可擴展所有傳感器和分析儀
√通用數(shù)據(jù)，雙重備份
√儀器無需特殊維護保養(yǎng)
√接入SOCAT或ICOS數(shù)據(jù)庫平臺
√根據(jù)實際情況定制開發(fā)
已安裝于破冰船雪龍 2 號
設(shè)備介紹：
一、系統(tǒng)介紹
SubCtech在海洋儀器領(lǐng)域具有超過26年的歷史，是一家獨資企業(yè)，具有高度的生產(chǎn)、研發(fā)自主性。儀器多個組件均受到專利保護，具有獨特的技術(shù)先進性、測量準(zhǔn)確性以及良好的耐用性。SubCtech公司與德國霍姆赫茲研究所的GEOMAR研究院長期合作，確保研發(fā)設(shè)計效果，公司具有ISO 13628-6 和 API17f 認(rèn)證的專業(yè)海洋儀器設(shè)計研發(fā)資質(zhì)，以及ISO 9001:2015認(rèn)證的生產(chǎn)制造資質(zhì)，公司工程師均具有高標(biāo)準(zhǔn)的IPC-A-600/610-3到SIL-2資格認(rèn)證。
德國SubCtech公司OceanPackTM表層海水走航觀測系統(tǒng)是一套集成有海水和空氣二氧化碳含量分析、多種海水物理化學(xué)性質(zhì)傳感器、五參數(shù)全自動營養(yǎng)鹽分析儀、各種船載設(shè)備數(shù)據(jù)輸入輸出的高度集成的一體化系統(tǒng)，具備優(yōu)異的性能表現(xiàn)、良好的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性，該系統(tǒng)采用高度自動化設(shè)計，可顯著降低人工操作需求，同時，系統(tǒng)采用完全可擴展的系統(tǒng)設(shè)計，能夠滿足各類海洋監(jiān)測需求。
OceanPackTM獨特的設(shè)計使其在走航式水-氣CO2測量領(lǐng)域備受好評。二氧化碳分析儀集成在19”的OceanPack?機架之中，通過船上的表層水采集系統(tǒng)可以分析水中pCO2的值，利用單獨安裝在甲板上的進氣箱可以采集來自大氣中的CO2并進行分析。其獨特之處在于采用了特殊的膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)二氧化碳向檢測倉中的擴散，檢測倉中裝載成熟的LI-COR?系列分析儀，檢測二氧化碳濃度并輸出信號，相比于利用滲透作用實現(xiàn)分壓平衡的儀器，膜法平衡器受滲透率、濃差極化與透膜率的影響，倉中氣體變化平緩，因此信號非常平滑，另外由于操作簡單，檢測過程耗時短、響應(yīng)快，且數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。
系統(tǒng)集成工作狀態(tài)穩(wěn)定的紅外分析儀，應(yīng)用于海洋環(huán)境中表層海水及大氣中CO2/H2O濃度，及其相關(guān)參數(shù)（溫度、鹽度、pH）的走航監(jiān)測。儀器自帶切換海水/大氣測量所需的全部軟件和硬件，支持測量水體和空氣CO2/CH4的時間和周期能夠自由調(diào)整。從測量水體切換到測量空氣：切換時間典型小于1分鐘，從測量空氣切換到測量水體：切換時間典型小于5分鐘。系統(tǒng)控制軟件兼容性強，系統(tǒng)具有完善的自監(jiān)測功能，包括系統(tǒng)自監(jiān)測和測量數(shù)據(jù)監(jiān)測等，以保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，在無人操作的情況下也可自我運轉(zhuǎn)。
OceanPackTM幾乎可兼容所有探頭，可在主機的除泡器內(nèi)集成溶解氧傳感器，濁度傳感器，硝酸鹽傳感器，葉綠素傳感器，CDOM傳感器，pH傳感器，溫度鹽度傳感器等，相關(guān)參數(shù)可以基本實現(xiàn)同步測量，測量得到的數(shù)據(jù)通過主機內(nèi)的數(shù)據(jù)采集器實時顯示在屏幕中，無需另外增加旁路，也無需將數(shù)據(jù)導(dǎo)出后再進行復(fù)雜計算。用戶也可根據(jù)需要選擇是否在旁路增加更多的分析儀進行相關(guān)參數(shù)的測量。
二、OceanPackTM核心優(yōu)勢
1.產(chǎn)品對比
德國SubCtech OceanPackTM | 美國Apollo AS-P2 | 美國GO Model8050 | |
檢測器 | LI-COR 840x或LosGatos | LI-cor7000或LI6262 | LI-cor7000或LI6262 |
系統(tǒng)設(shè)計 | 抽屜式，靈活，多種規(guī)格 | 組件復(fù)雜難維護，單一規(guī)格 | 組件復(fù)雜難維護，單一規(guī)格 |
校準(zhǔn)調(diào)零 | 自動調(diào)零，無需標(biāo)氣 | 純氮氣+兩種標(biāo)氣 | 純氮氣+兩種標(biāo)氣 |
氣體干燥 | 無 | 必須 | 必須 |
擴展性 | 幾乎兼容所有探頭 | 僅限于CTD、DO、GPS | 僅限于CTD、DO、GPS |
操作界面 | 觸屏式一鍵操作 | 外部電腦指令控制 | 外部電腦指令控制 |
數(shù)據(jù)格式 | 通用NMEA-0183 | 專用格式 | 專用格式 |
2.主要性能優(yōu)勢
傳統(tǒng)走航系統(tǒng) | SubCtech的OceanPack 改進方案 | |
水-氣測量組件 | 一個分析儀連續(xù)測量，采樣頻率很低，大約10 min | 兩個分析儀同時測量水中和空氣中的pCO2，采樣頻率能達到1Hz |
校準(zhǔn)組件 | 需要2-3個額外的參考?xì)猓╓MO認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)氣體，價格昂貴） | 小船：高性能的LI-COR?分析空氣中CO2時不需要參考?xì)怏w，長期漂移可以通過后處理校正。 調(diào)查船： 使用1-2個氣體的自動校準(zhǔn)功能就可以達到水體分析時最高的準(zhǔn)確度 |
安裝 | 重量較大>100kg，有多個軟管，需要有額外的空間放置必需的氣瓶，氣管 | 整個系統(tǒng)集成在一個19”標(biāo)準(zhǔn)機架內(nèi)，最輕質(zhì)量<75kg,耗電量低，不使用氣瓶時不會占用額外空間 |
CO2分析儀 | 分析儀要專門購買并且由客戶自行安裝 | 成熟的LI-COR? 系列分析儀配置好后集成在系統(tǒng)內(nèi)，實現(xiàn)即插即用。 可集成其他例如Las Gatos分析儀，或在激光分析儀和紅外分析儀之間切換 |
操作系統(tǒng) | 分析儀配備兩套特有的分析程序，水系統(tǒng)必須用專門的軟件 | 編程計算好的整套解決方案，標(biāo)準(zhǔn)的NMEA-0183數(shù)據(jù)格式 |
附加探頭 | 只能安裝少數(shù)探頭 | 系統(tǒng)非常靈活，模塊化組裝使其具有多個端口，能兼容幾乎所有探頭， 能夠完全集成在水路中并且很容易保養(yǎng)，可選擇是否安裝自動清潔模塊 |
接口 | 不同的文件和專有的數(shù)據(jù)格式 | 標(biāo)準(zhǔn)的NMEA-0183 (ASCII)數(shù)據(jù)格式（SubCtech是NMEA和SUT成員） |
膜法平衡器 | 敏感的玻璃平衡器，需要定期維護 | 平板硅膜平衡器無需維護，過濾膜由HZG（即GKSS）研究中心開發(fā) |
生物附著 | 玻璃過濾器易被生物附著 | 平板硅膜平衡器幾乎不會受到生物附著，泥沙沉積的影響（已通過NOAA ACT測試認(rèn)證） |
除泡器 | 不提供，水路是平衡器的一部分，如果要安裝外部探頭，必須安裝在旁路上 | “mBubbler?”是具有氣體耐受性的除泡器，可以將氣泡卷起至±30°和傾斜的角度并將其去除， 首次經(jīng)IFREMER在2009年得到證實?？梢约珊芏鄠鞲衅?，在相同水體條件下進行數(shù)據(jù)采集。 |
耐用性 | 由于有多個管道，玻璃平衡器，因此對惡劣條件比較敏感 | 適用于極端條件，曾在30 nmi游艇競賽中得到測試，很多客戶在各種天氣情況下的使用也證明了這一點 |
數(shù)據(jù)處理 | 數(shù)據(jù)處理很費力，由于各程序獨立運行且內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)，因此要處理多個文件 | 數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時計算，但原始數(shù)據(jù)仍舊保存便于后期科學(xué)處理，數(shù)據(jù)全部集成嵌入在數(shù)據(jù)采集儀中 |
后期成本 | 由于定期保養(yǎng)后續(xù)費用會很高，而且參考?xì)怏w需要不斷購買 | 可以在無人監(jiān)管的狀態(tài)下正常運行很久，后續(xù)費用低，如果可以的話不需要外部氣瓶 |
系統(tǒng)組成：
一、OceanPack?主機機柜
- 德國SubCtech公司設(shè)計制造的mBubbler?品牌除泡器單元，可在一個水箱中采集同一時間和溫度的數(shù)據(jù)。
- 集成Li-COR NDIR分析儀的pCO2、甲烷海水流通式傳感器，帶平膜模塊和自動校準(zhǔn)。
- SmartDI?嵌入式數(shù)據(jù)記錄器，觸摸屏顯示，實時多任務(wù)處理系統(tǒng)，2 x 4 GB CF卡，驅(qū)動器(系統(tǒng)+備份，數(shù)據(jù))。
- 所有傳感器連接，包括電源，數(shù)據(jù)，供水，自動清洗系統(tǒng)，配置設(shè)置。
- 所有傳感器和分析儀的自動供電，包括不間斷電源UPS.
- 可通過類似或串行傳感器擴展。
二、帶有如下組件的Top-Box?（安裝在甲板）
- 氣體和氣體過濾器;氣泵。
- 所有Top-Box?組件的供電
- 用于傳輸空氣的抗紫外線室外管路。
- 帶有調(diào)節(jié)加熱器的進氣箱，在北極條件下安全運行(已被POLARSTERN號證明可用于零下35攝氏度)。
- 接口尺寸，1/4英寸；功率20W
- 可選接入GPS、LI-COR傳感器、船載氣象站等等
三、擴展單元（選擇性配置）
- 海鳥SBE-45TSG表層溫鹽(溫度和電導(dǎo)率/鹽度)到自己的旁路中，并可調(diào)節(jié)水流量。
- Satlantic SeaFET pH傳感器，離子選擇性電極(ISFET)傳感器，具有長期的海水測量穩(wěn)定性。
- Wetlabs 三參數(shù)熒光計，用于測量葉綠素，濁度，可溶性有機物
- 自動營養(yǎng)鹽分析儀，可測量五項營養(yǎng)鹽指標(biāo)
- 微塑料采集系統(tǒng)
- AADI Optode 4835溶解氧傳感器，具有鹽度校正和極長維護周期，只有少數(shù)受生物污染影響。
- SBE-38進水溫度傳感器。
- 高精度，無腐蝕的水壓和水流傳感器(OceanPack?內(nèi))。
- Trios PAH 水中油類物質(zhì)熒光探頭。
- AOA藻類分析儀，實現(xiàn)葉綠素在線分析。
- 根據(jù)需要提供的其他傳感器。
OceanPackTM在國際海洋科考項目上有廣泛的應(yīng)用：
2010 年比利時科考船
2011 年中國科學(xué)號科考船
2013 年德國 Polarstern 科考船
2014 年格陵蘭極地科考船
2017 年沃爾沃全球帆船賽
2018年安裝于中國破冰船“雪龍2號”
2024年安裝于大洋鉆探船“夢想”號
資料下載：
德國SubCtech公司走航海洋表層多要素測量系統(tǒng)OceanPack AUMS介紹.pdf
德國SubCtech公司可移動式走航系統(tǒng)OceanPack CUBE.pdf
德國SubCtech公司迷你型走航系統(tǒng)OceanPack RACE.pdf
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