CN103759845A - 一种拖曳式光纤温深剖面连续测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拖曳式光纤温深剖面连续测量系统，该系统包括拖曳缆、解调系统和绞车设备，其中：拖曳缆包括测量传感器、传输光缆、抗拉缆索、抗挤压节箍和保护节箍，成缆后进行硫化处理，在尾端连接配重铅鱼；解调系统包括宽带光源、波长探测模块、光开关及驱动电路和工控机控制板；绞车设备安装在甲板平台上，解调系统置于绞车设备的中空部分。本发明可以随船舶运动实现海面至水下一定深度的温度垂直剖面的高密度、实时、连续测量，使用操作简单，后期维护方便，不仅丰富了物理海洋观测手段，而且大大提高了船时的利用效率，推动了国家海洋高技术装备的发展。

Description

一种拖曳式光纤温深剖面连续测量系统

技术领域

本发明涉及一种海洋测量系统，特别是一种拖曳式光纤温深剖面连续测量系统。

背景技术

海水的温度是海洋最基本的物理参数，观测海水的温度随深度的变化，可为海洋环境预报和舰艇航海保障提供基本的数据资料，在海洋科研、海洋开发以及军事上具有广泛的应用价值。

利用调查船出海进行海洋调查是获得海水温度剖面数据的主要手段之一。针对走航观测，国外目前主要采取走航表层观测和剖面观测两种技术方式，表层走航观测的原理是在船舶走航期间将表层海水利用潜水泵抽到船舶内部再进行测量，这种测量方式的优点是可以实时获取海洋表层海水进行温、盐及其它生物、化学要素的测量，缺点是只能测量表层海水。

走航剖面观测技术目前主要有XBT、XCTD、MVP、UCTD、UTOW等，XBT、XCTD的优点是操作简单，缺点是使用成本高，数据精度不高；MVP的优点是测量参数多，缺点是使用复杂、维护成本高；UCTD优点是操作简单、成本低，缺点是全部为人工操作，智能化程度低、数据质量不高；UTOW的优点是测量参数多，缺点是姿态控制能力较弱，对绞车要求较高。

目前，海洋温度剖面观测与研究受制于现有的调查手段，仅能获取低时、空分辨率的海洋动力环境参数，因此，急需新的调查手段来获取较高时空分辨率的温、深等参数的资料。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于针对现有技术中海水温度剖面资料测量所存在的不足，提供一种新型的、使用操作简单、后期维护方便的拖曳式光纤温深剖面连续测量系统，以提高立体化海洋环境信息获取和深海探测、取样能力，建立海洋综合探测技术装备示范体系，推动国家海洋高技术装备的发展。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种拖曳式光纤温深剖面连续测量系统，该系统包括拖曳缆、解调系统和绞车设备，其中：拖曳缆包括测量传感器、传输光缆、抗拉缆索、抗挤压节箍和保护节箍，成缆后进行硫化处理，在尾端连接配重铅鱼；解调系统包括宽带光源、波长探测模块、光开关及驱动电路和工控机控制板；绞车设备安装在甲板平台上，解调系统置于绞车设备的中空部分。

上述方案中，所述测量传感器为温度传感器和压力传感器。

上述方案中，所述测量传感器为温度传感器和压力传感器都基于光纤传感技术，其中温度传感器为长周期光纤光栅温度传感器，压力传感器为布拉格光纤光栅传感器。

上述方案中，所述测量传感器按一定间隔密集分布于拖曳链上，且均置于保护节箍内。

上述方案中，所述抗挤压节箍和保护节箍整体呈流线型结构，设计加工成分离元器件。

上述方案中，所述抗挤压节箍和保护节箍中每个节箍上配有上下各2个共4个装卸孔，使用内六角紧固。

上述方案中，所述保护节箍在节箍的流线型较大一侧的正面偏上位置以及在相应的较小一侧的正面偏下的位置分别对称地开有2个孔，全部贯穿到传感器孔。

(三)有益效果

本发明由于采取以上设计，具有如下有益效果：提供了一种新型的剖面观测方式，停船时可以进行深度剖面的连续观测，走航时可以随船舶运动实现海面至水下一定深度的温度垂直剖面的高密度、实时、连续测量，使用操作简单，后期维护方便，不仅丰富了物理海洋观测手段，而且大大提高了船时的利用效率，推动了国家海洋高技术装备的发展。

附图说明

图1为本发明提供的拖曳式光纤温深剖面连续测量系统的整体示意图；

图2为局部拖曳缆效果图；

图3为保护节箍示意图；

图4为保护节箍与传感器相对位置的示意图；

图5为抗压性节箍示意图；

图6为解调仪系统框图；

图7为解调仪安装位置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明拖曳式光纤温深剖面连续测量系统，包括拖曳缆、解调系统和绞车设备三部分，整体示意图如图1所示。

拖曳缆由测量传感器1、传输光缆3、抗拉缆索4、保护节箍2、抗挤压节箍5等部分组成，局部拖曳缆效果图如图2所示。

测量传感器1包括温度传感器和压力传感器，两种传感器都基于光纤传感技术，因为光纤传感自身就具备抗电磁干扰、本征绝缘、便于规模组阵应用特点及优势。其中温度传感器为长周期光纤光栅温度传感器，响应速度快，能达到ns量级；压力传感器为布拉格光纤光栅传感器，测量精度高。另外，因为在使用中，特别在拖曳链的海洋应用中，由于拖曳链在水中的呼吸波效应而使得链路发生抖动，必须确保传感器在10节航速水流冲击及链路震动状态下的正常工作。所以为提高传感器的耐振动冲击、耐腐蚀、抗水流、长期稳定等特性，设计了特殊的外壳对其进行封装。温度传感器和压力传感器分别按一定间隔密集分布于拖曳链上，本实施例中，拖曳链全长500m，LPG温度传感器每间隔5m放置一支，共100支，FBG压力传感器每间隔25m放置一支，共20支。

所述的保护节箍2，如图3所示，用来保护温度和压力传感器，与传感器的相对位置示意图如图4所示。节箍整体呈流线型结构，设计加工成分离元器件，每个节箍上配有上下各2个共4个装卸孔，使用内六角紧固。由于水流的冲击对光纤的影响较大，为了克服此问题，在保护节箍(本实施例设计长为10cm)的流线型的较大一侧的正面偏上位置开有2个孔贯穿到传感孔处，用于水样交换且降低水流对LPG的冲击作用。相应的较小一侧的正面偏下的地方对称的开有两个孔，也贯穿到传感器孔，以便于水的流出，如此形成了类似于潜望镜的光路一般的水流路线，便于在拖曳过程中水的交换。

抗挤压节箍5用来提高拖曳缆的抗挤压性，设计如图5所示，与保护节箍相类似，仅缺少传感器孔与水流交换孔，用于固定整体线缆，本实施例设计长为3cm。

拖曳缆成缆后进行硫化处理，在尾端连接配重铅鱼；

解调仪具体包含波长解调模块、光源模块、光开关模块、工控机及附属元器件。系统框图如图6所示。其中，ASE宽带光源用于为传感提供光源，波长解调模块提供光谱的CCD采集阵列及预处理，MEMS光开关用于光通道切换，工控机主板用于硬件控制和数据处理。本实施例中系统的光源模块采用ASE宽带光源，光开关选用32通道，解调模块选择较为成熟的BaySpec模块作为核心器件，该模块工作波段C+L波段，波长分辨率达到0.1pm，波长精度达2pm，采样速度达5000Hz；配合工控机主板，并集成SSD固态硬盘、电源等，构成整个系统。解调系统置于绞车设备的中空部分，如图7所示。绞车设备安装在甲板平台上。

本实施例在船舶行驶过程中，拖曳链被释放至水下500m深的海水里，配合甲板单元的解调系统和绞车设备，实现对海面至水下一定深度(依船速不同而不同)的水体温度垂直剖面进行高密度、高时空分辨率、快速、连续观测并实时获取数据，等间隔固定在拖曳链中的压力传感器对水深进行测试，以估计拖曳链在水下的姿态。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种拖曳式光纤温深剖面连续测量系统，其特征在于，该系统包括拖曳缆、解调系统和绞车设备，其中：

拖曳缆包括测量传感器、传输光缆、抗拉缆索、抗挤压节箍和保护节箍，成缆后进行硫化处理，在尾端连接配重铅鱼；

解调系统包括宽带光源、波长探测模块、光开关及驱动电路和工控机控制板；

绞车设备安装在甲板平台上，解调系统置于绞车设备的中空部分。

2.根据权利要求1所述的拖曳式光纤温深剖面连续测量系统，其特征在于，所述测量传感器为温度传感器和压力传感器。

3.根据权利要求2所述的拖曳式光纤温深剖面连续测量系统，其特征在于，所述测量传感器为温度传感器和压力传感器都基于光纤传感技术，其中温度传感器为长周期光纤光栅温度传感器，压力传感器为布拉格光纤光栅传感器。

4.根据权利要求2所述的拖曳式光纤温深剖面连续测量系统，其特征在于，所述测量传感器按一定间隔密集分布于拖曳链上，且均置于保护节箍内。

5.根据权利要求1所述的拖曳式光纤温深剖面连续测量系统，其特征在于，所述抗挤压节箍和保护节箍整体呈流线型结构，设计加工成分离元器件。

6.根据权利要求5所述的拖曳式光纤温深剖面连续测量系统，其特征在于，所述抗挤压节箍和保护节箍中每个节箍上配有上下各2个共4个装卸孔，使用内六角紧固。

7.根据权利要求5所述的拖曳式光纤温深剖面连续测量系统，其特征在于，所述保护节箍在节箍的流线型较大一侧的正面偏上位置以及在相应的较小一侧的正面偏下的位置分别对称地开有2个孔，全部贯穿到传感器孔。

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