日本TSK XBT XCTD拋棄式快速溫鹽深剖面儀
— 走航式海洋溫深溫鹽剖面測量系統(tǒng)
型號:XBT(T-5/T-6/T-7/T-10等) / XCTD(XCTD-1N/XCTD-3N/XCTD-4N等) | 品牌:TSK
XBT拋棄式深溫計 — 技術(shù)規(guī)格
XBT(eXpendable Bathy Thermograph)利用高性能盤式熱敏電阻檢測水溫,通過測量熱敏電阻阻值的變化獲得海水溫度。探頭測量的數(shù)據(jù)通過信號線傳輸?shù)郊装迳系挠涗浧?,深度通過探頭入水后的時間-深度換算模型自動計算得出。XBT自身不攜帶壓力傳感器。
| XBT探頭規(guī)格與型號一覽(溫度范圍:-2~35℃,精度:±0.2℃,分辨率:0.01℃) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 型號 | T-10 | T-6 | T-4 | T-7 | Deep Blue | T-5 | |
| 最大工作深度 | 300 m | 460 m | 460 m | 760 m | 760 m | 1830 m | |
| 最大船速 | 10 節(jié) | 15 節(jié) | 30 節(jié) | 15 節(jié) | 20 節(jié) | 6 節(jié) | |
| 測量時間 | 約50 s | 約75 s | 約75 s | 約120 s | 約120 s | 約295 s | |
| 深度測量精度 | 5 m 或 ±2% 讀數(shù)(取大值) | ||||||
| 典型應(yīng)用 | 淺水速測 | 常規(guī)溫深剖面 | 高速航測 | 常規(guī)深水剖面 | 快速深水剖面 | 深海大深度溫深 | |
XCTD拋棄式溫鹽深儀 — 技術(shù)規(guī)格
XCTD(eXpendable Conductivity, Temperature and Depth)在XBT的基礎(chǔ)上增加了感應(yīng)式電導(dǎo)率傳感器,可同時測量溫度和電導(dǎo)率,系統(tǒng)根據(jù)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)計算海水鹽度剖面。深度同樣由探頭自由下落的下降時間模型計算得出,無需壓力傳感器。
| XCTD探頭規(guī)格與型號一覽 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 型號 | XCTD-1N | XCTD-3N | XCTD-4N | ||
| 最大工作深度 | 1000 m | 1000 m | 1850 m | ||
| 最大船速 | 12 節(jié) | 20 節(jié) | 6 節(jié) | ||
| 測量時間 | 約300 s | 約205 s | 約540 s | ||
| 深度測量精度 | 5 m 或 ±2% 讀數(shù)(取大值) | ||||
| 測量參數(shù) | 范圍 | 精度 | 分辨率 |
|---|---|---|---|
| 溫度 | -2~35℃ | ±0.02℃ | 0.01℃ |
| 電導(dǎo)率 | 0~60 mS/cm | ±0.03 mS/cm | 0.015 mS/cm |
| 采樣速率 | 40 ms(即25 Hz) | ||
* 注:XCTD-2N探頭已于2024年3月31日起停止生產(chǎn)與銷售,推薦替代型號為XCTD-4N。
系統(tǒng)組成與工作原理
XBT/XCTD整套系統(tǒng)由三部分組成:
XBT/XCTD探頭:XBT由盤式熱敏電阻、細銅導(dǎo)線和流線型殼體構(gòu)成;XCTD在此基礎(chǔ)上增加感應(yīng)式電導(dǎo)率傳感器。探頭入水后以自由落體方式下降,通過極細的銅導(dǎo)線(雙股漆包線,線徑約0.1mm)實時將測量信號傳輸至船上。導(dǎo)線在探頭下降過程中自動放線,探頭與船舶之間無機械連接。
發(fā)射槍:有手持式和船舷安裝式等結(jié)構(gòu),用于將探頭安全、可靠地發(fā)射入水中。TSK還提供ALM12自動發(fā)射器,可實現(xiàn)探頭自動投放,降低人工成本。
記錄器(甲板單元):接收探頭發(fā)回的數(shù)字信號,進行溫度/電導(dǎo)率的解算、時間-深度換算和實時顯示存儲。TSK提供MK-150N便攜式轉(zhuǎn)換器,集成數(shù)字轉(zhuǎn)換器、GPS、存儲卡和電池,無需連接電腦即可獨立完成觀測。
深度測量原理:由于XBT/XCTD探頭不攜帶壓力傳感器,深度通過探頭入水后的自由落體時間-深度轉(zhuǎn)換模型(Fall-Rate Equation)計算得出。模型公式為Z = at + 10?3×bt2(其中Z為深度,t為時間,a、b為與探頭型號相關(guān)的系數(shù))。不同探頭型號使用不同的系數(shù),部分系數(shù)已由獨立研究(如Kizu et al., 2005)進行了校正,可進一步修正系統(tǒng)偏差。
核心功能特性
不停船走航式快速測量:XBT和XCTD系統(tǒng)在船舶持續(xù)航行狀態(tài)下即可完成海水溫鹽剖面的現(xiàn)場實時測量,無需船舶??炕驕p速,極大節(jié)省了寶貴的船時和調(diào)查成本。
高可靠性與穩(wěn)定性:TSK擁有四十多年拋棄式探頭制造經(jīng)驗,嚴(yán)格的質(zhì)量控制程序確保了探頭性能的一致性和長期穩(wěn)定性,數(shù)據(jù)成活率高于95%。
多型號覆蓋廣泛需求:XBT從淺水T-10(300m)到深海T-5(1830m),船速從6節(jié)至30節(jié);XCTD覆蓋1000m和1850m,船速從6節(jié)至20節(jié),滿足不同水深和航速的測量任務(wù)。
便攜式獨立工作能力:MK-150N便攜式轉(zhuǎn)換器集成GPS、存儲和電池,無需外部電腦即可獨立完成XBT/XCTD觀測,特別適合在無專業(yè)調(diào)查設(shè)備的小型船只或商船上使用。
自動發(fā)射系統(tǒng):可選ALM12自動發(fā)射器,實現(xiàn)探頭的自動投放,減少人力需求,提升惡劣海況下的作業(yè)安全性。
溫度精度優(yōu)異:XBT溫度精度±0.2℃,XCTD溫度精度更高達±0.02℃,電導(dǎo)率精度±0.03mS/cm,在同類拋棄式探頭中精度表現(xiàn)突出。
操作簡便低成本:探頭為一次性使用,無需回收和后期維護。整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,可在正規(guī)海洋調(diào)查船或隨機商船上快速部署,靈活性高。
隱蔽作業(yè)能力:拋棄式探頭自身不發(fā)射聲波,電纜極細不易被探測,適合軍事海洋環(huán)境調(diào)查等需要隱蔽作業(yè)的應(yīng)用場景。
典型應(yīng)用場景
XBT/XCTD是目前全球海洋觀測系統(tǒng)中最重要的走航式溫鹽剖面數(shù)據(jù)來源之一,如全球溫度鹽度剖面計劃(GTSPP)、PX-40線等長期監(jiān)測項目均大量采用XBT/XCTD數(shù)據(jù)。
典型應(yīng)用實例
PX-40斷面是跨越太平洋的國際合作海洋觀測線,自20世紀(jì)90年代起持續(xù)使用TSK XBT(T-7型)進行溫度剖面觀測。自2000年起,每5度間距的站點已逐步替換為XCTD-1進行溫鹽雙參數(shù)測量,為全球氣候研究和海洋熱含量評估提供了數(shù)十年的連續(xù)剖面數(shù)據(jù)。
我國南極科學(xué)考察船在航渡和南極周邊海域調(diào)查中,使用TSK XBT/XCTD系統(tǒng)以走航方式獲取南大洋和環(huán)南極海域的溫度/鹽度剖面數(shù)據(jù)。探頭最大測量深度可達760米(XBT T-7)和1000米(XCTD-1),為極地海洋與氣候研究提供了關(guān)鍵水文數(shù)據(jù)。
日本海洋研究開發(fā)機構(gòu)(JAMSTEC)在其“海洋”號(KAIYO)和“橫須賀”號(YOKOSUKA)等多艘科考船上裝備了TSK XBT/XCTD系統(tǒng),完成了大量航次的海水溫鹽剖面觀測。數(shù)據(jù)經(jīng)過下降速率偏差校正后存入公共數(shù)據(jù)庫,為西北太平洋海洋學(xué)研究提供了豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
在全球多個商船志愿觀測計劃中,TSK的便攜式MK-150N轉(zhuǎn)換器配合XBT探頭安裝在集裝箱船或郵輪上,由非專業(yè)人員即可操作投放。船舶在正常商業(yè)航線上定期投放探頭,以極低成本持續(xù)獲取跨洋斷面的溫度剖面數(shù)據(jù),是全球海洋觀測系統(tǒng)的重要組成部分。
XBT/XCTD探頭選型指南
| 需求場景 | 推薦探頭型號 | 核心依據(jù) |
|---|---|---|
| 淺水速測(300m以內(nèi)) | XBT T-10 | 300m深度,10節(jié)船速,測量僅需50秒 |
| 常規(guī)溫深剖面(460m) | XBT T-6 / T-4 | T-6適用15節(jié)常規(guī)船速;T-4支持30節(jié)高速投放 |
| 常規(guī)深水溫深剖面(760m) | XBT T-7 | 常用型號,760m深度,15節(jié)船速,性價比高 |
| 快速深水溫深剖面(760m) | XBT Deep Blue | 20節(jié)船速下可達760m,兼顧深度與航速 |
| 深海大深度溫深(1830m) | XBT T-5 | 可達1830m的XBT型號,需低速6節(jié)投放 |
| 中速溫鹽雙參數(shù)(1000m) | XCTD-1N | 1000m深度,12節(jié)船速,溫鹽精度最高 |
| 高速溫鹽雙參數(shù)(1000m) | XCTD-3N | 1000m深度,20節(jié)船速,適合高航速作業(yè) |
| 深海溫鹽雙參數(shù)(1850m) | XCTD-4N | 1850m深度,6節(jié)船速,替代停產(chǎn)XCTD-2N |



































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