被困在冰中

MOSAiC——用于研究北极气候的多学科漂流观测站

2019年9月，德国研究破冰船“极地之星”号从挪威特罗姆瑟启航，将在北冰洋中漂流一年——期间将被困在冰中。 被困在海冰中通常是船只最不愿遇到的情况。然而，这艘德国破冰船将在北极冰区被困一年。在此期间，“极星号”将顺着洋流进行一场未知的航行，这将使极地研究人员能够对极地冬季进行研究。

MOSAiC考察队的目标是前所未有地近距离观察作为全球变暖“震中”的北极，并获得对更好地理解全球气候变化至关重要的基础性认识。来自20个国家的70多家研究机构参与了此次考察。
MOSAiC考察队将追随弗里乔夫·南森的足迹——他曾于1893年至1896年间驾驶木制帆船“弗拉姆号”进行了一次开创性的考察——驾驶一艘现代科研破冰船在北极附近开展为期一整年的考察，其中包括首次在极地冬季进行的考察。

“极地之星”号上安装了一套由Gantner Instruments公司提供的数据采集系统，用于测量船体钢结构所承受的载荷。这些测量数据旨在帮助人们更好地了解抗冰能力的要求，从而优化未来破冰船的设计。

理解冰对破冰船产生的荷载

即便是对于可靠的“极星号”及其经验丰富的船员来说，MOSAiC考察任务也颇具挑战性。海冰的存在是阻碍此类北极考察的主要因素。 海冰是一种复杂的物质，与船舶接触时会产生巨大的压力。汉堡工业大学（TUHH）船舶结构设计与分析研究所的研究人员参与了MOSAiC项目，旨在更深入地了解抗冰性能要求，从而优化未来破冰船的结构设计。

应变监测系统

“极地之星”号内部已安装了一套应变监测系统，该系统采用GantnerInstruments公司的Q.series X数据采集系统，用于长期测量该船在被冰封状态下其钢结构所承受的载荷。 该数据采集系统从安装在破冰船船体结构上的36个应变片传感器中持续采集数据。剪切应变通过采用全桥配置电路的四个有源应变片进行测量；线性应变同样采用全桥配置进行测量，但其中包含两个有源应变片和两个用于温度补偿的无源应变片。 应变片传感器通过线缆连接至Q.bloxx XL A116 I/O模块，以实现精确、低漂移的信号调理。 Q.bloxx XL A116 配备八个输入通道，支持全桥、半桥和四分之一桥式应变片。每个通道均可单独配置，并预设了线性化、滤波、分流校准和引线补偿等信号调理功能。

现场测量数据非常宝贵

MOSAiC科考任务为收集宝贵的现场数据提供了难得的机会，有助于全面了解冰层对船体结构产生的荷载。选择Q.series X的关键在于，它能够在无需连接电脑的情况下，可靠地进行长期且独立的数据记录。 由于“极星号”与岸上之间没有可用的活动数据链路，数据会被保存到USB闪存盘中，并在每次船员轮换时由人员随身带回岸上。该USB闪存盘连接到一台Q.station X高性能边缘Controller，该Controller会将数据文件持续写入闪存盘中。 每当机组人员更换已满的USB存储器时，所有中间测量数据都会被缓存，然后传输到新的USB存储器中。不会丢失任何数据样本。冗余的测量数据会并行写入第二个USB存储器。

借助 Q.station X，可以应用各种数据简化技术来压缩测量数据，同时仍能获得相同的分析结果。 应变监测系统的采样频率为 1000 Hz，但数据以仅 1 Hz 的采样率写入 USB 驱动器，以最大限度地减少所需的磁盘空间。除了捕获实际测量值外，系统还会计算平均值、标准差以及最小/最大值，并将这些数据存储到磁盘中。 当监测系统检测到作用于结构上的冰诱导荷载发生突变时，事件触发式数据记录仪会被触发，以更高的采样率记录该事件周围的应变数据。随后，这些高分辨率数据会被存储在单独的文件中，以便进行快速高效的分析。

安装在机柜内的不间断电源（UPS）可在暂时断电期间确保数据连续性。若发生持续性断电，当UPS电池电量不足时，它会向Q.station X发送触发信号。 此时，数据记录将停止，并对 USB 闪存盘的所有写入操作均会终止，且不会发生任何数据损坏。当电源恢复时，监测系统将自动启动，并从中断处继续进行测量。

应变监测系统已运行数月。随着首次人员轮换，第一批数据将成功传输至汉堡的汉堡科技大学（TUHH）。Q.series X 再次证明了其作为长期监测应用中可靠数据采集解决方案的价值，即使被困在冰中也不例外。

成功因素

要使这项为期12个月的应力监测任务取得成功，关键因素是什么？

• 可靠且独立的数据记录功能，可将数据发送至多个目标
• 相关事件的智能数据可视化
• 简单快捷的数据传输
• 设计与生产一站式服务，交货周期最短

您想进一步了解Gantner Instruments公司在振动和风力领域的测量解决方案吗？快来了解在加拿大偏远地区恶劣的天气条件下，如何对木质颗粒从船舶卸载至筒仓塔的过程进行监测。