海洋走航觀測：
海洋走航觀測設備特點：
√高度智能化和現(xiàn)代化，減少人力
√多種尺寸，應用靈活
√海氣二氧化碳同步測量
√硅膜快速分離水中CO2，T90<3min
√采樣頻率1Hz
√標氣自動校準、自動調(diào)零
√自動清潔，防止生物附著
√自帶進水控制器
√自主開發(fā)NetDI®系統(tǒng)，觸屏式一鍵設置
√幾乎可擴展所有傳感器和分析儀
√儀器無需特殊維護保養(yǎng)
√通用數(shù)據(jù)，雙重備份
√接入SOCAT或ICOS數(shù)據(jù)庫平臺
√根據(jù)實際情況定制開發(fā)
安裝于破冰船雪龍 2 號
設備介紹
一、系統(tǒng)介紹
SubCtech在海洋儀器領域具有超過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。儀器多個組件具有技術的*性、測量準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，保證所有的研發(fā)設計都達到較優(yōu)品質(zhì)，公司具有ISO 13628-6 和 API17f 認證的專業(yè)海洋儀器設計研發(fā)資質(zhì)，以及ISO 9001:2015認證的生產(chǎn)制造資質(zhì)，公司工程師均具有高標準的IPC-A-600/610-3到SIL-2資格認證。
德國SubCtech公司OceanPackTM AUMS表層海水走航觀測系統(tǒng)是一套集成有海水和空氣CO2/H2O/CH4含量分析、多種海水物理化學性質(zhì)傳感器、五參數(shù)全自動營養(yǎng)鹽分析儀、各種船載設備數(shù)據(jù)輸入輸出的高度集成的一體化系統(tǒng)，具有較佳的性能、很強的穩(wěn)定性和適應性、極大減少人工參與的自主化操作能力，以及可擴展的系統(tǒng)設計，可以滿足各項的系統(tǒng)要求。
OceanPackTM AUMS的設計使其在走航式水-氣CO2測量領域備受好評。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*之處在于采用了特殊的膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)水體中二氧化碳與檢測倉中二氧化碳的平衡，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，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、響應快，且數(shù)據(jù)更加準確。
OceanPackTM AUMS系統(tǒng)集成工作狀態(tài)穩(wěn)定的紅外分析儀或激光分析儀，應用于海洋環(huán)境中表層海水及大氣中CO2/H2O/CH4濃度，及其相關參數(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，支持水體和空氣中CO2/H2O/CH4測量時間和周期的自由調(diào)整。從測量水體切換到測量空氣：平衡時間小于1分鐘，從測量空氣切換到測量水體：平衡時間小于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 AUMS幾乎可兼容所有探頭，可在主機的除泡器內(nèi)集成溶解氧、濁度、硝酸鹽、葉綠素、CDOM、pH、溫度鹽度等，相關參數(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)導出后再進行復雜計算。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其他參數(shù)的測量。
二、OceanPackTM核心優(yōu)勢
1.產(chǎn)品對比
比較項目 | 德國SubCtech OceanPackTM | 德國4H JENA | 美國General Oceanic |
規(guī)格 | 三種規(guī)格可選 | 單一規(guī)格 | 單一規(guī)格 |
氣體平衡方法 | 膜法 | 膜法 | 噴淋法 |
二氧化碳檢測器 | LI-COR 840x或LosGatos | 需用戶單獨購買 | 需用戶單獨購買 |
激光檢測器 | LosGatos一鍵式操作 | 無 | Picarro需要用戶單獨操作 |
除泡器 | 體積6L，兩段式除泡 | 體積2L，簡單除泡 | 體積2L，簡單除泡 |
檢測前后水樣 | 分離 | 除泡器內(nèi)混合 | 分離 |
外形 | 19”標準機架，抽屜式設計 | 自行設計機架 | 自行設計機架 |
校準調(diào)零 | 自動調(diào)零，無需標氣 | 純氮氣+兩種標氣 | 純氮氣+兩種標氣 |
系統(tǒng)設計 | 管路簡單，組件少 | 管路密集復雜，小型組件多 | 管路密集復雜，小型組件多 |
擴展性 | 幾乎兼容所有探頭 | 不支持更多探頭 | 只對于于CTD、DO、GPS |
操作系統(tǒng) | 基于ARM Cortex的NetDI®系統(tǒng)，簡單穩(wěn)定 | 基于Windows®的Win7系統(tǒng)，有崩潰風險 | 基于Windows®的Win7系統(tǒng)，有崩潰風險 |
數(shù)據(jù)格式 | 通用NMEA-0183 | 專用格式 | 專用格式 |
數(shù)據(jù)傳輸方式 | RS232/422/485 | 單芯脈沖信號 | RS485 |
維護 | 活動管路組件，易拆裝 | 硬質(zhì)固定組件，難維護 | 硬質(zhì)固定組件，難維護 |
2.主要性能優(yōu)勢
對比項目 | 傳統(tǒng)走航系統(tǒng) | SubCtech的OceanPack 改進方案 | 美國General Oceanic |
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 | 單一規(guī)格 |
校準組件 | 需要2-3個額外的參考氣（WMO認證的標準氣體，價格昂貴） | 小船：高性能的LI-COR®分析空氣中CO2時不需要參考氣體，長期漂移可以通過后處理校正。 | 噴淋法 |
調(diào)查船： 使用1-2個氣體的自動校準功能就可以達到水體分析時的高準確度 | 需用戶單獨購買 | ||
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”標準機架內(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 | Picarro需要用戶單獨操作 |
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 | 體積2L，簡單除泡 |
操作系統(tǒng) | 分析儀配備兩套*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，標準的NMEA-0183數(shù)據(jù)格式 | 分離 |
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 | 自行設計機架 |
接口 | 不同的文件和專有的數(shù)據(jù)格式 | 標準的NMEA-0183 (ASCII)數(shù)據(jù)格式（SubCtech是NMEA和SUT成員） | 純氮氣+兩種標氣 |
平衡器 | 敏感的玻璃平衡器，需要定期維護，且噴淋時的壓力會影響氣體溶解度 | 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) | 管路密集復雜，小型組件多 |
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測試認證） | 對于CTD、DO、GPS |
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，第1次經(jīng)IFREMER在2009年得到證實。可以集成很多傳感器，在相同水體條件下進行數(shù)據(jù)采集。 | 基于Windows®的Win7系統(tǒng)，有崩潰風險 |
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 | 適用于特別條件，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 | 專用格式 |
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處理，數(shù)據(jù)全部集成嵌入在數(shù)據(jù)采集儀中 | RS485 |
后期成本 | 由于定期保養(yǎng)后續(xù)費用會很高，而且參考氣體需要不斷購買 | 可以在無人監(jiān)管的狀態(tài)下正常運行3個周以上，后續(xù)費用低，如果可以的話不需要外部氣瓶 | 硬質(zhì)固定組件，難維護 |
三、核心技術參數(shù)（激光傳感器）
測量參數(shù) | 參數(shù)規(guī)格 | 測量參數(shù) | 參數(shù)規(guī)格 |
CO2 (表層水+大氣) | 量程：0-20000ppm，可調(diào)整 | 葉綠素a | 量程：0-50μg/l |
分辨率：1ppb | 分辨率：0.025μg/l | ||
精度：±50ppb | 藻紅蛋白 | 量程：0-175μg/l | |
CH4 (表層水+大氣) | 量程：0-100ppm，可調(diào)整 | 分辨率：0.086μg/l | |
分辨率：1ppb | 藻藍蛋白 | 量程：0-175μg/l | |
精度：±0.3ppb | 分辨率：0.086μg/l | ||
進水口溫度 | 量程：-5~45℃ | CDOM | 量程：0-1500μg/l |
分辨率：0.0001℃ | 分辨率：0.1μg/l | ||
精度：±0.005℃ | 熒光 | 量程：0-500μg/l | |
穩(wěn)定性：0.00025℃/月 | 分辨率：0.01μg/l | ||
測量溫度 | 量程：-5~35℃ | 濁度 | 量程：0-1500NTU |
分辨率：0.0001℃ | 分辨率：0.05NTU | ||
精度：±0.002℃ | 藻類 | 總?cè)~綠素范圍：0-200μg/l | |
電導率 | 量程： 0-7S/m | 分辨率：0.01μg/l | |
分辨率： 0.00001 S/m | 透射率：0-1 | ||
精度： ±0.0003 S/m | PAH | 量程：0.1-500ppb，可調(diào)整 | |
鹽度 | 量程： 0.5-40PSU | 分辨率：0.5ppb | |
分辨率： 0.0002PSU | TOC | 量程：0.25-50mg/l，可調(diào)整 | |
精度： 0.005PSU | DOC | 量程：0.25-50mg/l，可調(diào)整 | |
溶解氧 | 量程：0-16mg/l | COD | 量程：0.6-44mg/l，可調(diào)整 |
分辨率： 0.032mg/l | TSS | 量程：4-130mg/l，可調(diào)整 | |
精度：±0.256mg/l | BOD | 量程：0.6-44mg/l，可調(diào)整 | |
飽和度：0-150% | KHP | 量程：0.25-200mg/l，可調(diào)整 | |
飽和度精度：±5% | 光學營養(yǎng)鹽 | 量程：可調(diào)整 | |
飽和度分辨率：0.4% | 硝酸鹽-氮 | 量程：0.08-140 umol/L | |
pH | 量程： 0-14pH | 測量誤差：<5% | |
分辨率： 0.01pH | 銨鹽-氮 | 量程：0.2-20 umol/L | |
精度： ±0.05pH | 測量誤差：<5% | ||
ORP | 量程： -2000 - +2000 mV | 亞硝酸鹽-氮 | 量程：0.03-6 umol/L |
精度： ±1mV | 測量誤差：<5% | ||
溫度范圍：-10-130°C | 磷酸鹽-磷 | 量程：0.03-6 umol/L | |
溫度精度：0.1℃ | 測量誤差：<5% | ||
走航式微塑料/浮游生物/有機顆粒物 | 水樣過濾面積：≥2000mm2 | 硅酸鹽-硅 | 量程：0.3-100 umol/L |
孔徑：5-5000μm | 測量誤差：<5% |
系統(tǒng)組成
1.OceanPack™主機機柜
-德國SubCtech公司設計制造的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。
-SmartDI®嵌入式數(shù)據(jù)記錄器，觸摸屏顯示，實時多任務處理系統(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。
2.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
3.營養(yǎng)鹽機柜
-專為海水中營養(yǎng)鹽的監(jiān)測設計
-DI水箱，用于超純水存取
-營養(yǎng)鹽分析儀，精度為ppb級別
-冰箱，用于存放試劑，可保存一個月
-營養(yǎng)鹽機柜除泡器，帶25μm濾芯和壓縮空氣自動清潔系統(tǒng)
-大體積廢液箱，存儲化學廢液
4.擴展單元（選擇性配置）
-配有高精度的LasGatos激光檢測儀，用于檢測CO2,CH4,H2O等溫室氣體，且能夠自動進行壓力和溫度補償
-LasGatos激光檢測儀自動校準單元，能夠定時對儀器進行自校準
-高精度的SubCtech溫度傳感器，測量進水口溫度，后期計算可加入溫度補償
-海鳥SBE-45TSG表層溫鹽(溫度和電導率/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，可溶性有色有機物
--自動營養(yǎng)鹽分析儀，可測量五項營養(yǎng)鹽指標
-走航式微塑料/浮游生物/有機顆粒物/水樣采集系統(tǒng)，可以在走航的過程中實現(xiàn)采集/過濾水樣
-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
-Turner 三參數(shù)傳感器，可以測量CDOM，藻藍蛋白，藻紅蛋白，熒光等參數(shù)
-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
-Trios OPUS水質(zhì)分析儀，可以選擇測量BOD，COD，TSS， DOC，TOC，KHP，營養(yǎng)鹽等參數(shù)
-SubCtech ORP傳感器，測量氧化還原電位
-根據(jù)需要提供的其他傳感器
-外接船舶數(shù)據(jù)，例如GPS、羅經(jīng)、波浪、氣象、遙感等等
-通過無線網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程傳輸和顯示
-其他定制化功能
2010 年比利時科考船
2011 年中國科學號科考船
2013 年德國 Polarstern 科考船
2014 年格陵蘭極地科考船
2017 年沃爾沃帆船賽
2018年安裝于中國破冰船“雪龍2號”
