C-OPS:便攜式光學(xué)剖面測量系統(tǒng)
C-OPS是什么？
為什么選擇C-OPS？
老的光學(xué)測量系統(tǒng)系統(tǒng)并不能很好地解決淺水中的光學(xué)復(fù)雜性，主要是由于較大的儀器體積，過于接近采樣平臺，或不能很好地控制儀器的沉降速率等。在新的C-OPS系統(tǒng)中，這些問題都不存在。C-OPS的不同之處？
- 是淺水中海洋水色研究、衛(wèi)星校準(zhǔn)和確認(rèn)的理想儀器
- 在垂直深度剖面上測量水體的輻亮度和輻照度
- 快速的采樣頻率（15Hz），緩慢的自由下落，可調(diào)節(jié)的浮力，可人工布放，最深達(dá)300米的水下。
- 和NASA一起設(shè)計研發(fā)
- 基于Biospherical公司*的微型輻射計技術(shù)制造
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微型輻射計
這一新的C-OPS輻射剖面測量系統(tǒng)和它所有的附件的核心部件都是微型輻射計——一種革命性的光電探測器集成的新方法。 
C-OPS所使用的微型輻射計的介紹
每一個微型輻射計都有自己完整的控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：微處理器、24-bit數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、基準(zhǔn)電壓、溫度傳感器和前端靜電計。靜電計組合了三個增益級，以控制電流-電壓的轉(zhuǎn)換。多支微型輻射計，測量不同波段的輻射，被集成為一個微型輻射計組，或一個完整的儀器，然后由一個叫做聚合器的電子部件（aggregator）控制從每一個微型輻射計采集數(shù)據(jù)信號。所有的微型輻射計都被同步，以保證所有波段的數(shù)據(jù)在同一時刻測量。聚合器同時也包含一個電源調(diào)節(jié)電路和數(shù)據(jù)通訊界面，也可能還裝備了一個內(nèi)置的數(shù)據(jù)存儲器（micro SD-1GB）來支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)記錄。技術(shù)參數(shù)
微型輻射計參數(shù)
- 探測器：Si (13 mm2)，InGaAs (7 mm2)，或GaAsP (7 mm2)
- 光電流—電壓轉(zhuǎn)換：三個增益級的靜電計放大器：1，200和40,000
- 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）：24-bit雙極，4-125Hz數(shù)據(jù)頻率
- 動態(tài)范圍（可用）：9個十進(jìn)制數(shù)量級
- 線性：使用一個可調(diào)節(jié)的光源，在信號電流范圍為1 x 10-12 - 1 x 10-5 的條件下，對所有的微型輻射計進(jìn)行測量。通常地，與一個參比靜電計對，誤差<1%
- 速度：ADC采樣速率從4-125Hz可調(diào)節(jié)，通常設(shè)為125Hz，每個采樣周期內(nèi)進(jìn)行平均
- 響應(yīng)時間：小于0.01s，增益變化所需時間小于0.1s
- 電子靈敏度：在電流分辨率<10-15的情況下，ADC分辨率是0.5μA。飽和電流為160μA。三級增益信號的范圍為1.6 x 1011，定義為除以最小可分辨信號的飽和信號。
- 噪音：當(dāng)ADC以125Hz的頻率采樣，而內(nèi)置微型輻射計對每25個樣品進(jìn)行平均的情況下，數(shù)據(jù)頻率為5Hz，此時，探測器的噪音為15-20fA。
- 光學(xué)靈敏度：這一靈敏度取決于光譜范圍和入射光學(xué)系統(tǒng)（輻亮度和輻照度）。它被表達(dá)為輻亮度（μW cm-2 nm-1 sr-1）和輻照度（μW cm-2 nm-1）在5Hz的數(shù)據(jù)頻率條件下的噪音等值信號（Noise Equivalent Signals）：
| 通道 | 輻亮度（Radiance） | 輻照度（Irradiance） |
| 320nm | 2.9x10-6 | 9.0x10-5 |
| 395nm | 5.0x10-6 | 6.9x10-5 |
| 490nm | 1.8x10-6 | 2.3x10-5 |
| 683nm | 9.9x10-7 | 1.1x10-5 |
| 780nm | 6.8x10-7 | 8.0x10-6 |
- 暗補(bǔ)償：在為每一個增益水平校準(zhǔn)時測量并設(shè)定暗補(bǔ)償值。在野外補(bǔ)償值也自動地測量并應(yīng)用，以此來適應(yīng)不同的溫度。
- 微型輻射計電源：5 V DC，4mA
- 光學(xué)過濾器：10nm全寬
- 光譜范圍：250-1650nm（1100-1650的光譜范圍需要使用InGaAs探測器）
C-OPS系統(tǒng)參數(shù)
- 尺寸：13波段或19波段個微型輻射計組成的系統(tǒng)安裝在一個防護(hù)罩內(nèi)，如下參數(shù)適用于19通道的傳感器：
- 直徑：2.75 inches（約7cm）
- 應(yīng)用水深：標(biāo)準(zhǔn)型125m水深，還有300m水深的版本可供選擇
- 波長選擇：波長可以從250-1650nm之間選擇
- 速度：一個單獨(dú)的19波段的光學(xué)儀器可以在超過30Hz的頻率下工作。包括3個19波段輻射計的完整的系統(tǒng)的操作頻率可以大于15Hz。
- 數(shù)據(jù)頻率：使用RS232或RS485的條件下，光學(xué)儀器的通訊頻率是115,200 baud；使用RS232的條件下，甲板單元的通訊頻率為115,200 baud。
- 電源需求：19通道的光學(xué)儀器：7.5V，90mA。三個儀器的19通道系統(tǒng)：甲板單元需0.30A的電流。
- 輻亮度儀器的視野：在水中，7°半角
- 輻照度儀器的Cosine Error：天頂角小于60°的情況下為±3%；天頂角60-70°的情況下為±5%；天頂角70-80°的情況下為±10%
- 自由下落速度：<1cm的深度分辨率，可調(diào)節(jié)的最終速度為6-35cm/s，可手動調(diào)節(jié)傾角和翻滾。
- 輔助傳感器：水溫、水壓、傾角和翻滾
- 可選配件：
- BioShade：用于測量漫射的影帶配件，測量水上輻照度的參比傳感器
- BioGPS：GPS配件
- 用戶自定義長度的電纜，電纜卷軸
附件介紹
BioSHADE
BioSHADE是一個使用在C-OPS水面參比傳感器上的影帶附件。這一附件可以進(jìn)行180度的旋轉(zhuǎn)，使它能夠在航向不穩(wěn)定的船只上使用。當(dāng)在船只上使用時，影帶進(jìn)行平穩(wěn)連續(xù)的掃描；當(dāng)在陸地上操作時，可以將系統(tǒng)設(shè)定為將影帶對著太陽直射而相應(yīng)運(yùn)動，以此來測量漫射輻照度。操作C-OPS的軟件中也包含控制BioSHADE的命令，用戶可在軟件中開啟或關(guān)閉影帶功能，也可以設(shè)置運(yùn)動的速率。在使用船舶進(jìn)行走航式測量時，內(nèi)置的pitch和roll傳感器以及高的采樣頻率在消除船體運(yùn)動帶來的影響方面非常有用。
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BioSHADE可以和Bio GPS、一個或多個水面參比傳感器一起集成在C-OPS網(wǎng)絡(luò)中。這一整個集成都由一根電纜連接到遠(yuǎn)處（最遠(yuǎn)可達(dá)150m）的系統(tǒng)控制單元“deckbox”和電源。Deckbox會根據(jù)電纜長度自動地補(bǔ)償，為系統(tǒng)提供的電源供給。
BioGPS
BioGPS是一個固定在C-OPS水面參比傳感器上配合使用的GPS信號接收器。GPS的數(shù)據(jù)將和C-OPS的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，方便用戶無論在定點(diǎn)垂直剖面測量還是在船上走航測量時都能準(zhǔn)確地記錄測量點(diǎn)的位置。Bio GPS可以和BioSHADE、一個或多個水面參比傳感器一起集成在C-OPS網(wǎng)絡(luò)中。這一整個集成都由一根電纜連接到遠(yuǎn)處（最遠(yuǎn)可達(dá)150m）的系統(tǒng)控制單元“deck box”和電源。Deck box會根據(jù)電纜長度自動地補(bǔ)償，為系統(tǒng)提供的電源供給。
C-HOIST從船上布放儀器 |
C-HOIST裝配有一個不銹鋼的滑輪和一個2.1馬力、12V直流電驅(qū)動的電機(jī)頭。它的總承載力為300磅（約136kg）。這一裝置通常使用90Ah的鉛酸電池驅(qū)動，正常的情況下一次充電可以完成25次（每次約6分鐘）的操作。適用繩索的直徑為5-20mm，沒有長度的限制。
C-HOIST將和一個控制單元（deck box）一起工作，允許用戶在不同的布放中使用不能的下放速度。電動馬達(dá)還有剎車功能，用戶可以讓滑輪在任何需要的時候靜止。
T-MAST
T-MAST伸縮支架，用于水面參比傳感器系統(tǒng)。伸縮長度從1.12m到3m。這一系統(tǒng)由美國航天航空管理局（NASA）研發(fā)，借助它用戶可以將輻射計升高到船舶的高層構(gòu)架之上，從而消除船體陰影和反射的影響。 T-MAST的折疊狀態(tài) |  T-MAST的展開狀態(tài) |
