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Fabricantes y proveedores de sensores CTD
AML Oceanographic
Canada
(2 locations)
Equipos hidrográficos y oceanográficos para embarcaciones de superficie no tripuladas y autónomas y vehículos submarinos
Silver Partner
D-2 Inc
USA
Tecnologías de medición de conductividad, temperatura y profundidad (CTD) para oceanografía no tripulada y estudios marinos
Silver Partner
Descripción general de los sensores CTD para plataformas AUV, ROV y USV
Introducción a los sensores CTD
Los sensores de conductividad, temperatura y profundidad (CTD) son instrumentos oceanográficos que se utilizan para medir las propiedades físicas del agua de mar y del agua dulce. Al combinar mediciones de conductividad, temperatura y presión, los instrumentos CTD proporcionan datos para calcular la salinidad, la densidad y otras características de la columna de agua. Estas mediciones sirven de apoyo a la investigación oceanográfica, los levantamientos hidrográficos, la vigilancia medioambiental y las operaciones submarinas.
Los sensores CTD se integran ampliamente en vehículos submarinos autónomos (AUV), vehículos operados a distancia (ROV), embarcaciones de superficie no tripuladas (USV), planeadores submarinos y boyas de perfilado autónomas. Las sondas CTD compactas, las sondas multiparamétricas con capacidades CTD, los instrumentos de registro automático y los sistemas de perfilado permiten realizar mediciones en diferentes profundidades, ubicaciones y duraciones de despliegue.
Dispositivo CTD de AML Oceanographic.
Parámetros oceanográficos clave medidos y calculados por los sensores CTD
Los sensores CTD miden directamente la conductividad eléctrica, la temperatura del agua y la presión mediante celdas de conductividad, sensores de temperatura y transductores de presión. Las mediciones sincronizadas de estos parámetros sirven de base para calcular otras propiedades oceanográficas, como la salinidad, la densidad y la velocidad del sonido.
- Conductividad eléctrica: La conductividad mide la capacidad del agua para conducir la corriente eléctrica, la cual se ve influida por los iones disueltos y la temperatura. Los instrumentos CTD utilizan las mediciones de conductividad junto con los datos de temperatura y presión para calcular la salinidad.
- Temperatura del agua: Los sensores de temperatura miden la temperatura del agua circundante. Estas mediciones sirven de base para la elaboración de perfiles oceanográficos, la caracterización de masas de agua y la identificación de gradientes térmicos.
- Presión del agua y profundidad: Los transductores de presión miden la presión del agua, que aumenta con la profundidad. La profundidad se calcula a partir de las mediciones de presión utilizando las correcciones adecuadas e información geográfica, incluida la presión atmosférica y la gravedad dependiente de la latitud.
- Salinidad práctica: La salinidad práctica se calcula a partir de la conductividad, la temperatura y la presión utilizando la Escala de Salinidad Práctica de 1978 (PSS-78). Proporciona una medida estandarizada y adimensional de la salinidad del agua de mar basada en las relaciones de conductividad.
- Salinidad absoluta y temperatura conservativa: Estas propiedades termodinámicas pueden calcularse utilizando mediciones del CTD y el marco de la Ecuación Termodinámica del Agua de Mar de 2010 (TEOS-10). Los cálculos de la salinidad absoluta pueden requerir información geográfica y correcciones para tener en cuenta las variaciones en la composición del agua de mar, mientras que la temperatura conservativa se calcula a partir de la salinidad absoluta, la temperatura in situ y la presión.
- Densidad del agua de mar y anomalías de densidad: Los cálculos de densidad combinan la salinidad, la temperatura y la presión para caracterizar las masas de agua y la estratificación vertical. Las anomalías de densidad proporcionan una representación práctica de la densidad del agua de mar en relación con un valor de referencia, con convenciones de presión de referencia que dependen del parámetro que se esté registrando.
- Velocidad del sonido en el agua de mar: La velocidad del sonido puede estimarse a partir de las propiedades del agua de mar derivadas del CTD utilizando ecuaciones oceanográficas establecidas. Estos cálculos sirven de base para la modelización de la propagación acústica, el procesamiento de datos de sonar y las correcciones de los levantamientos hidrográficos.
En conjunto, las mediciones del CTD proporcionan la información oceanográfica física necesaria para caracterizar la estructura de la columna de agua, distinguir las masas de agua y supervisar las condiciones marinas cambiantes.
Tipos principales de instrumentos y sensores CTD
Los equipos CTD están disponibles en diferentes configuraciones para adaptarse a la obtención de perfiles desde buques, a instalaciones fijas de monitorización y a operaciones submarinas autónomas. La selección del instrumento depende de la precisión de la medición, los requisitos de muestreo, la alimentación eléctrica, la respuesta de los sensores y las condiciones de despliegue.
| Tipo de CTD | Configuración y características de medición | Despliegue típico |
| Sensores CTD compactos y en miniatura | Instrumentos pequeños e integrados diseñados para espacios de instalación reducidos y disponibilidad limitada de energía. | Vehículos submarinos autónomos (AUV), vehículos teledirigidos (ROV), planeadores submarinos y plataformas marinas compactas |
| Instrumentos CTD de perfilado | Instrumentos diseñados para obtener mediciones de conductividad, temperatura y presión a lo largo de toda la columna de agua, a menudo durante perfiles verticales controlados. | Sistemas de perfilado lanzados desde buques y operaciones de prospección oceanográfica |
| Sensores CTD autónomos y con registro automático | Dispositivos CTD con memoria interna y capacidades de muestreo programables para la recopilación independiente de datos, con recuperación o transmisión de datos en función de la configuración del instrumento. | Amarrados, boyas de perfilado, plataformas autónomas y monitorización a largo plazo |
| Sistemas CTD con bombeo | Utilizan un flujo de agua controlado a través del conjunto de sensores para mejorar la consistencia de las mediciones y facilitar una alineación precisa entre la temperatura y la conductividad. | Sistemas de perfilado e investigación oceanográficos de alta precisión |
| Sensores CTD sin bombeo y de lavado libre | Se basan en el movimiento natural del agua o en el desplazamiento de la plataforma para renovar el agua alrededor de los elementos sensores sin necesidad de una bomba activa. El rendimiento de las mediciones depende, en parte, del caudal de agua y de la respuesta del sensor. | Planeadores submarinos, vehículos submarinos autónomos (AUV) y aplicaciones de monitorización de bajo consumo |
| CTD con célula de conductividad inductiva | Miden la conductividad mediante inducción electromagnética sin electrodos de medición expuestos; su rendimiento se ve influido por la geometría de la célula, los materiales circundantes y el flujo de agua. | Monitorización autónoma y aplicaciones que requieren un mantenimiento reducido de los electrodos |
| CTD con célula de conductividad basada en electrodos | Miden la conductividad mediante contacto eléctrico con el agua utilizando geometrías de electrodos definidas. El rendimiento depende del diseño de la célula, la calibración y el estado de las superficies de medición. | Instrumentos de perfilado, sondas CTD compactas y sensores medioambientales |
Estas configuraciones no son mutuamente excluyentes. Por ejemplo, un registrador CTD en miniatura puede utilizar una célula de conductividad inductiva y funcionar sin bomba, mientras que un instrumento de perfilado puede incorporar una célula de conductividad basada en electrodos con flujo de agua controlado.
Dispositivos CTD para plataformas marinas no tripuladas
Los instrumentos CTD se integran en sistemas marinos no tripulados para recopilar mediciones medioambientales durante misiones autónomas o controladas a distancia. Entre las consideraciones específicas de cada plataforma se incluyen la ubicación de los sensores, los valores nominales de presión, el consumo energético, la frecuencia de muestreo, el caudal de agua y la compatibilidad con los sistemas de adquisición de datos y de navegación a bordo.
- CTD para AUV: Recogen mediciones de conductividad, temperatura y presión a lo largo de rutas de prospección submarina programadas. La combinación de las mediciones del CTD con los datos de navegación del vehículo permite la cartografía georreferenciada de la columna de agua y el análisis medioambiental.
- CTD para ROV: Proporcionan mediciones localizadas durante inspecciones submarinas, investigaciones científicas y operaciones submarinas. Los operadores pueden situar las sondas CTD a profundidades seleccionadas o cerca de estructuras submarinas específicas para investigar las condiciones ambientales locales.
- CTD para USV: Miden las condiciones del agua cerca de la superficie mediante sensores sumergidos. Los USV equipados con mecanismos de perfilado también pueden bajar los instrumentos CTD a lo largo de la columna de agua para obtener mediciones a mayores profundidades.
- CTD para planeadores submarinos: Recogen mediciones durante descensos y ascensos repetidos a lo largo de la columna de agua. Las configuraciones de sensores de bajo consumo permiten misiones prolongadas para investigar la temperatura, la salinidad y la variabilidad de la columna de agua asociadas a la circulación oceánica.
- Flotadores de perfilado autónomos: Los instrumentos CTD integrados en los flotadores de perfilado miden la conductividad, la temperatura y la presión durante ciclos automatizados de perfilado vertical. Las mediciones recopiladas pueden transmitirse a través de comunicaciones por satélite o de métodos de comunicación submarinacuando el flotador regresa a la superficie.
Las mediciones CTD también pueden respaldar misiones autónomas adaptativas, lo que permite a las plataformas debidamente equipadas modificar los patrones de muestreo en respuesta a los gradientes ambientales detectados.
Aplicaciones principales de las sondas y sensores CTD
Oceanografía física y perfilado de la columna de agua en aguas profundas
Los instrumentos CTD miden las variaciones verticales de la temperatura, la salinidad y la presión para caracterizar la estructura del océano. Los estudios con CTD ayudan a identificar termoclinas, haloclinas, picnoclinas y masas de agua diferenciadas. Los sistemas de perfilado para grandes profundidades permiten realizar mediciones en amplios rangos de profundidad, incluido el océano profundo.
Estudios sobre la circulación oceánica y el clima
Sensor CTD híbrido de D-2 Incorporated.
Las mediciones CTD sirven de base para las investigaciones sobre la circulación oceánica, la distribución del calor, la variabilidad de la salinidad y el movimiento de las masas de agua. Las observaciones repetidas realizadas mediante flotadores de perfilado, planeadores submarinos y buques de investigación contribuyen a la creación de conjuntos de datos oceanográficos a largo plazo que se utilizan para estudiar la variabilidad estacional y los cambios relacionados con el clima.
Ecología marina y biogeoquímica
Los sensores CTD proporcionan un contexto ambiental para las mediciones ecológicas y biogeoquímicas marinas. La temperatura, la salinidad y la densidad influyen en las condiciones del hábitat, el transporte de nutrientes y la mezcla de la columna de agua. Los sistemas CTD integrados con sensores de oxígeno disuelto, fluorescencia o químicos pueden relacionar estas mediciones adicionales con las propiedades físicas del agua.
Levantamientos hidrográficos y perfiles acústicos
Las mediciones CTD respaldan los levantamientos hidrográficos al proporcionar la información sobre temperatura, salinidad y presión necesaria para calcular la velocidad del sonido en el agua de mar. Estos datos pueden servir de base para la modelización de la propagación acústica y para las correcciones de las variaciones en la velocidad del sonido en las mediciones con sonar. Cuando se requieren mediciones directas de la velocidad del sonido, pueden utilizarse perfiladores de velocidad del sonido específicos.
Seguimiento de referencia costero y medioambiental
La monitorización mediante CTD respalda las investigaciones sobre estuarios, aguas costeras, afluentes de agua dulce y condiciones ambientales cambiantes. Las mediciones repetidas ayudan a caracterizar la intrusión salina, la estratificación térmica y la variabilidad de la columna de agua. Los registradores de datos CTD instalados en sistemas de monitorización fijos pueden proporcionar mediciones en series temporales entre operaciones de prospección.
Normas oceanográficas y requisitos de calidad de los datos
Las mediciones con CTD se basan en escalas oceanográficas establecidas, marcos de cálculo, procedimientos de calibración y prácticas de control de calidad para mantener la coherencia entre los instrumentos y los despliegues. Estos métodos permiten realizar mediciones comparables y un procesamiento fiable de los datos oceanográficos físicos.
- Ecuación termodinámica del agua de mar 2010 (TEOS-10): proporciona el marco termodinámico para calcular las propiedades del agua de mar, incluidas la salinidad absoluta, la temperatura conservativa y la densidad.
- Escala de salinidad práctica de 1978 (PSS-78): define la escala de salinidad práctica utilizada para calcular la salinidad práctica a partir de mediciones de conductividad, junto con la temperatura y la presión.
- Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90): establece una escala de temperatura reconocida internacionalmente, pertinente para las mediciones y la calibración de la temperatura con el CTD.
- Asociación Internacional para las Propiedades del Agua y el Vapor (IAPWS) y fórmulas establecidas para el agua de mar: proporcionan relaciones termodinámicas relevantes para el cálculo de las propiedades del agua de mar, incluidas las fórmulas utilizadas en el marco de la TEOS-10.
- Procedimientos de gestión de datos y control de calidad de Argo: proporcionan enfoques establecidos para la gestión de datos de flotadores de perfilado, el control de calidad automatizado y los ajustes en modo diferido de las observaciones del CTD.
- Garantía de calidad de los datos oceanográficos: incluye registros de calibración, metadatos de los sensores, evaluación de la incertidumbre de las mediciones, corrección del retraso térmico, comprobaciones de la acumulación de sedimentos en las células de conductividad, evaluación de la deriva y verificación de los conjuntos de datos adquiridos.
La aplicación de procedimientos adecuados de calibración, alineación de mediciones y procesamiento contribuye a mantener la coherencia y la fiabilidad de las mediciones del CTD en todos los programas de investigación y operaciones de seguimiento.
Novedades en la tecnología CTD
La tecnología CTD sigue evolucionando en respuesta a las crecientes exigencias en materia de instrumentación compacta, funcionamiento de bajo consumo, estabilidad de las mediciones y observaciones oceanográficas autónomas de larga duración.
- Instrumentación CTD miniaturizada: Las mejoras continuas en los sensores CTD compactos y los módulos de medición integrados facilitan la integración con AUV más pequeños, planeadores submarinos y sistemas de perfilado autónomos en los que el espacio de instalación y la potencia eléctrica son limitados.
- Mayor estabilidad de la calibración: Las mejoras en el diseño de las celdas de conductividad, la alineación de temperatura y conductividad, la electrónica de los sensores y las técnicas de calibración tienen como objetivo reducir los errores de medición y controlar la deriva de los sensores durante despliegues prolongados.
- Detección multiparamétrica integrada: Los sistemas CTD se están optimizando aún más para su integración con sensores de oxígeno disuelto, fluorómetros, sensores de turbidez e instrumentos medioambientales adicionales, con el fin de recopilar conjuntos de datos oceanográficos exhaustivos desde plataformas autónomas.
Estos avances respaldan el uso continuado de los sensores CTD en la investigación marina autónoma, la vigilancia medioambiental y los sistemas de observación oceánica persistentes.
