CN104034317B - 利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法。它解决了海洋湍动能耗散率长期连续剖面观测的问题。本利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法包括以下步骤：1)、系统启动；2)、检测海洋动力环境信息剖面数据：a、温度检测；b、剪切检测；c、深度检测；d、海流、温盐检测；e、姿态感测；3)、剖面仪升降运作操控：a、上浮控制；b、换向操作；c、下沉控制；4)、休眠状态。本发明无需多次劳费人力，设备可自动沿钢缆实现固定区域的长时间连续性剖面测量；且整个系统通过水动力学优化布局后升降平稳，进而在检测中消除因水流波动而导致的测量误差，得到更高精度的准确海洋微结构剖面观测数据。
Description
技术领域
本发明属于海洋探测设备技术领域，涉及一种能够进行全方位海洋探测的仪器，特别是一种利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法。
背景技术
人类对海洋的认知和探索最早可以追溯到公元前3世纪，之后相继经历了纯商贸、探险航行，融合科学意味的航行，和基于现代科技的纯科学考察三个过程。海洋学是一门以观测为基础的科学，海洋认识的每一次飞跃无不是建立在新的观测方式和测量仪器的问世基础上。回顾海洋观测史，声学多普勒海流计的问世使得人们掌握了全球大尺度的环流结构，温盐深剖面仪的出现使得人们清楚了整个海洋大尺度的水团形成及转换，各种卫星高度计的发射升空使得人们对海洋中的中小尺度过程，如中尺度涡、内波等在空间结构、时间演变等方面有了初步的认识。
海洋学的研究在大尺度及中尺度过程方面已经取得较大进展，而在微尺度方面的科学研究才刚刚开始。近年来，高频采样的剪切、温度、电导率探头相继研制成功，使得针对海洋微尺度的研究拉开帷幕。目前，海洋微结构的测量方式主要有两种：锚系定点测量和船载垂向剖面测量。锚系定点测量只能对海洋某一固定位置特定深度处进行测量，可以获得较好的时间序列观测，无法获得海洋微结构的垂向结构特征。船载垂向剖面测量依靠调查船完成由海表至某一深度处的海洋微结构测量，但无法获得海洋微结构的时间变异特征，且受海况及现场操作复杂等不利因素限制。对于海洋微结构的研究，时间变异和空间结构是刻画其特点的重要参量，基于此，发展同时获得垂向空间结构及时间变化的海洋微结构观测仪器亟待解决。
对于海洋微结构的描述或者研究，湍动能耗散率是一个重要的物理量，它表征湍流能量耗散强度。因此，对于它的直接、准确的测量对于研究湍流能量的传递及耗散具有重要意义。近些年，利用高频采样的剪切探头已经能够较准确地测量湍动能耗散率，但是它的应用或者是基于锚系定点测量，或者是船载垂向剖面测量，一直未能实现两者的融合。可见，为了突破海洋微结构观测的此类瓶颈，创新观测方式及平台，实现高频采样的剪切探头在两个平台的有机融合，意义重大。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种在海域内固定穿设钢缆，且采用对称稳定结构，通过剪切探头的直接检测，达到湍动能耗散率的长期连续剖面观测的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法，所述往复式海洋微结构剖面仪包括第一剖面仪子单元、第二剖面仪子单元及中央立架，两个剖面仪子单元一左一右固定在中央立架上，在中央立架的中轴线上设置有用以供钢缆与中央立架连接的钢缆穿经孔，钢缆通过钢缆穿经孔纵向贯穿于中央立架，中央立架能沿钢缆上、下滑移，在钢缆上设置有用于限制中央立架滑移距离的上限位部与下限位部，第一剖面仪子单元从上至下依次设置有第一浮力驱动部与第一观测部，第一浮力驱动部从上至下依次设置有浮漂舱、驱动舱与耐压舱，在浮漂舱内设置有上方油囊，在耐压舱内设置有下方油囊，在驱动舱内设置有驱动泵组件及电磁阀，驱动泵组件通过出油管路连通上方油囊与下方油囊，电磁阀通过回油管路连通上方油囊与下方油囊，第一观测部电连接有控制器，控制器电连接驱动泵组件及电磁阀；第二剖面仪子单元从上至下依次设置有第二浮力驱动部与第二观测部，第二浮力驱动部从上至下依次设置有浮漂舱、驱动舱与耐压舱，在浮漂舱内设置有上方油囊，在耐压舱内设置有下方油囊，在驱动舱内设置有驱动泵组件及电磁阀，驱动泵组件通过出油管路连通上方油囊与下方油囊，电磁阀通过回油管路连通上方油囊与下方油囊，第二观测部电连接有控制器，控制器电连接驱动泵组件及电磁阀；所述探测方法包括以下步骤：
1)、系统启动：将上述钢缆预先在海域中定位，并贯穿于往复式海洋微结构剖面仪的中央立架，往复式海洋微结构剖面仪沿钢缆由上至下自主滑入海水深处，第一、第二剖面仪子单元的观测单元开启进行海洋剖面数据检测，与此同时，第一、第二剖面仪子单元中的浮力驱动单元开启，执行机体的升降运作；
2)、检测海洋动力环境信息剖面数据：
a、温度检测：在第一剖面仪子单元的第一观测部中，通过温度探头内的普通温度检测模块与快速温度检测模块来实现海洋剖面温度的测量；
b、剪切检测：在第一剖面仪子单元的第一观测部中，通过剪切探头内的剪切检测模块测量出海流的高频脉动速度，根据高频脉动流速的剪切值直接推算出湍动能耗散率；
c、深度检测：在第一剖面仪子单元的第一观测部中，通过深度探头内的压力检测模块测量出剖面仪在水中深度，进而求得下放或上升的速度，用于湍动能耗散率的计算；
d、海流及温盐检测：在第二剖面仪子单元的第二观测部中，通过海流计内的海流感测模块测量出海流参数，并通过温盐深仪内的温盐感测模块测量出温度、盐度和压力数据；
e、姿态感测：在第一剖面仪子单元的第一观测部中，通过姿态传感器内的姿态传感模块测量剖面仪的姿态和航向，同时提供经过较核的三维加速度，角速度以及磁场强度数据；
3)、剖面仪升降运作操控：
a、上浮控制：控制器中的主控制模块通过串口向浮力驱动控制模块发出指令信号，浮力驱动控制模块控制左右对称的两个剖面仪子单元进行浮力调节，即通过H桥电路控制电机运行，带动高压泵将下方油囊的液压油泵出至上方油囊，实现剖面仪的上浮操作；
b、换向操作：当各项探测设备到达设定上限位置时，或各项探测设备临近设定上限位置时其检测数据不变，控制器中的主控制模块通过串口通知浮力驱动控制模块，发出由上浮状态转入下沉状态的指令信号；
c、下沉控制：浮力驱动控制模块控制电磁阀打开，上方油囊中的液压油在液压的作用下自主回流进入下方油囊，实现剖面仪的下沉操作；
4)、休眠状态：当各项探测设备到达设定下限位置时，或各项探测设备临近设定下限位置时其检测数据不变，控制器中的主控制模块通过串口通知浮力驱动控制模块，发出进入休眠状态的指令信号，以等待下一次开启信号。
驱动泵组件包括电机与高压泵，其中高压泵串接在出油管路上，电机通过减速器驱动连接高压泵，启动电机后经过减速器对高压泵提供动力源，实现从下方油囊到上方油囊的泵油输出。电磁阀串接在回油管路上，电磁阀具有两条相并联的通路，一条通路上设置单向阀门，单向阀门防止液压油从下方油囊经过回油管路流入上方油囊；另一条通路上设置流量调节阀门，通过调控流量调节阀门的开启程度，以控制回油流量，进一步控制剖面仪的下降速度。
本利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法中，预先在海域中定位穿设钢缆，由此免除多次乘船至海面投放，而且通过沿钢缆往复式的多次操作实现固定海域的剖面检测，达到在减省人力的同时，进行长期稳定连续的海洋剖面自动观测。另一方面，利用剪切探头测量脉动流速直接得到湍动能耗散率，进而实现湍动能耗散率的长期连续剖面观测。
在上述的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法中，所述剪切探头测量出的脉动流速的高频梯度信号，基于湍流的各向同性假设，在耗散子域内，利用观测的高频脉动流速剪切可依据下式推算出湍动能耗散率ε：其中，ν为流体运动学粘性系数，k为波数(单位cpm)，ψobs(k)为脉动流速的剪切波数谱，尖括号代表时间平均。
在上述的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法中，所述剪切探头直接测量的是垂直于剪切探头轴线方向的脉动流速u随时间的变化du/dt，通过泰勒冻结定理假设，可得到脉动流速u的垂向剪切uz:其中，W剖面仪的下放速度，u为水平流速的脉动量。
在上述的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法中，所述各项探测设备将探测信息传递至控制器，所述控制器进一步整理分析探测信息，完成各项海洋微结构的剖面测量，并进一步绘制出各项探测信息的分析记录图表。
在上述的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法中，所述控制器根据分析整理后的各项探测信息数据，同步由主控制模块向浮力驱动控制模块发出驱动指令，所述浮力驱动控制模块根据驱动指令操控电机与电磁阀动作。
在上述的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法中，所述主控制模块向浮力驱动控制模块发出上浮操作指令信号，同步控制电机的运行速率以控制出油流量，进一步控制剖面仪的上浮速度。
在上述的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法中，所述电磁阀具有两条相并联的通路，一条通路上设置单向阀门，防止液压油从下方油囊经过回油管路流入上方油囊；另一条通路上设置流量调节阀门，在下沉回油的过程中调节开启程度以控制回油流量，进一步控制剖面仪的下沉速度。
在上述的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法中，所述剖面仪下沉至下极限位置时，进行弹性缓冲撞击而停止运动，而后根据指令信号进入休眠状态。
与现有技术相比，本利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法设置钢缆能定位穿设于任意海域剖面中，由此无需每次劳费人力，使得设备自动沿钢缆实现固定区域的长时间连续性剖面测量；采用整体对称式结构，且重心位于浮心之下，由此增大稳心度，进而保证整个系统在水动力布局上的高稳定性；同时利用液压油输出与回流的位置变化，形成正浮力与负浮力之间的转换，实现往复式的平稳升降，且升降定位准确；再者集成设置温盐深仪、海流计、温度探头、剪切探头、深度探头和姿态传感器，由此实现全方位的海洋微结构剖面测量，其中利用剪切探头测量脉动流速直接得到湍动能耗散率，进而实现湍动能耗散率的长期连续剖面观测。
附图说明
图1是本发明所涉及的往复式海洋微结构剖面仪的整体结构示意图。
图2是本发明所涉及的往复式海洋微结构剖面仪中浮力驱动部分的结构示意图。
图3是本发明所涉及的往复式海洋微结构剖面仪中浮力驱动部分的原理示意图。
图4是本发明所涉及的往复式海洋微结构剖面仪中控制器内部模块结构的的原理示意图。
图5是本利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法的浮力驱动控制框图。
图中，1、钢缆；2、限位挡盘；3、中央立架；4、缓冲弹簧；5、阻尼刷；6、浮漂舱；7、上方油囊；8、驱动舱；9、电机；10、高压泵；11、电磁阀；12、耐压舱；13、下方油囊；14、温盐深仪；15、海流计；16、温度探头；17、剪切探头。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1、图2和图3所示，本往复式海洋微结构剖面仪包括第一剖面仪子单元、第二剖面仪子单元及中央立架3，两个剖面仪子单元一左一右固定在中央立架3上，在中央立架3的中轴线上设置有用以供钢缆1与中央立架3连接的钢缆穿经孔，钢缆1通过钢缆穿经孔纵向贯穿于中央立架3，中央立架3能沿钢缆1上、下滑移，且钢缆1能纵穿于任意海域中。
钢缆1的外周设置有塑料表层，该塑料表层利于滑移接触，并起到保护钢缆1避免侵蚀老化的作用。钢缆1的上下两极限位置处固设有上限位部与下限位部，上限位部与下限位部用于限制中央立架3的滑移距离。上限位部与下限位部均为限位挡盘2，且钢缆固定于限位挡盘2的中心孔处。
中央立架3具有位于中部的柱形架体，且柱形架体的两侧对称固设多个架套，每侧具有上、中、下三个架套分别套设在第一剖面仪子单元或第二剖面仪子单元的上、中、下三个部位。钢缆穿经孔有若干个，在柱形架体的长度方向上依次排布，各钢缆穿经孔的上下两端内设置周向滑轮，钢缆穿过钢缆穿经孔并与周向滑轮形成滑动连接。
中央立架3的底部设置缓冲弹簧4，在中央立架3下降至下极限位置时，使缓冲弹簧4与位于底部的限位挡盘2进行弹性缓冲撞击。通过缓冲弹簧4的弹性缓冲作用，使剖面仪下降至底部极限位置时，减小冲击碰撞，避免造成损伤。
第一剖面仪子单元、第二剖面仪子单元的顶端设置阻尼刷5，该阻尼刷5具有呈辐射状均匀布设的若干刷片。整体剖面仪在海水中作升降运动时，阻尼刷5能够起到减阻作用。
第一剖面仪子单元从上至下依次设置有第一浮力驱动部与第一观测部，第一浮力驱动部从上至下依次设置浮漂舱6、驱动舱8与耐压舱12，浮漂舱6内安设上方油囊7，耐压舱12内安设下方油囊13，驱动舱8内安设驱动泵组件及电磁阀11。驱动舱8内设置出油管路与回油管路，由此形成连通上方油囊7与下方油囊13的循环回路。驱动泵组件包括电机9与高压泵10，其中高压泵10串接在出油管路上，电机9通过减速器驱动连接高压泵10，启动电机9并经过减速器对高压泵10提供动力源，实现从下方油囊13到上方油囊7的泵油输出。电磁阀11串接在回油管路上，电磁阀11具有两条相并联的通路，一条通路上设置单向阀门，单向阀门防止液压油从下方油囊13经过回油管路流入上方油囊7；另一条通路上设置流量调节阀门，通过调控流量调节阀门的开启程度，以控制回油流量，进一步控制剖面仪的下降速度。第一观测部电连接有控制器，控制器电连接驱动泵组件中的电机9及电磁阀11。
第二剖面仪子单元从上至下依次设置有第二浮力驱动部与第二观测部，第二浮力驱动部从上至下依次设置浮漂舱6、驱动舱8与耐压舱12，浮漂舱6内安设上方油囊7，耐压舱12内安设下方油囊13，驱动舱8内安设驱动泵组件及电磁阀11。驱动舱8内设置出油管路与回油管路，由此形成连通上方油囊7与下方油囊13的循环回路。驱动泵组件包括电机9与高压泵10，其中高压泵10串接在出油管路上，电机9通过减速器驱动连接高压泵10，启动电机9并经过减速器对高压泵10提供动力源，实现从下方油囊13到上方油囊7的泵油输出。电磁阀11串接在回油管路上，电磁阀11具有两条相并联的通路，一条通路上设置单向阀门，单向阀门防止液压油从下方油囊13经过回油管路流入上方油囊7；另一条通路上设置流量调节阀门，通过调控流量调节阀门的开启程度，以控制回油流量，进一步控制剖面仪的下降速度。第二观测部电连接有控制器，控制器电连接驱动泵组件中的电机9及电磁阀11。
第一观测部包括位于第一剖面仪子单元底部的温度探头16、剪切探头17和深度探头，第二观测部包括位于第二剖面仪子单元底部的温盐深仪14、海流计15和姿态传感器。其中剪切探头17测量出海流的脉动流速，通过脉动流速可直接得出湍动能耗散率。第一观测部与第二观测部中的所有检测设备均通过电路连接有控制器，控制器中设置电池与湍流检测电路，全部探测信息均通过湍流检测电路进行检测分析。
如图4所示，控制器内设置主控制模块、数据采集模块，且主控制模块具有若干个信息接收端口。温度探头16具有普通温度检测模块与快速温度检测模块；普通温度检测模块中包括相串接的普通温度传感器、测温电桥及前置放大器；快速温度检测模块中包括相串接的快速温度传感器、线性放大器、频率补偿器，由频率补偿器分支连接预加重电路或自适应耦合线性放大器；剪切探头17具有剪切检测模块，且剪切检测模块中包括相串接的剪切传感器、高通滤波前置放大器、低通滤波放大器；深度探头具有压力检测模块，且压力检测模块中包括相串接的深度传感器及信号调理器。普通温度检测模块、快速温度检测模块、剪切检测模块及压力检测模块均通过数据采集模块连接主控制模块的信息接收端口。海流计15具有海流感测模块，温盐深仪14具有温盐感测模块，姿态传感器具有姿态传感模块，且海流感测模块、温盐感测模块及姿态传感模块分别连接主控制模块的信息接收端口。
控制器内还设置浮力驱动控制模块、时钟模块、存储模块、PC机及电源模块，主控制模块与时钟模块、存储模块、PC机、浮力驱动控制模块均形成相互通信联系，主控制模块还连接电源模块，该电源模块连接有电池。
本往复式海洋微结构剖面仪的剖面仪沿钢缆在水深800m～2500m的范围内作升降移动；其平台运动速度为0.2m/s～0.3m/s；其采样频率可设定为最大1024Hz；其控制器的存储容量不小于8G。
为保证剖面仪水中姿态的稳定，设计上将重心设计在浮心之下，进而增大稳心；另一方面采用左右外形完全对称结构，实现重心调节使两侧不仅浮心相同，重心也相同，保证浮心重心都在剖面仪的几何轴心线上，进一步保证系统在水动力布局上的高稳定性。
如图5所示，本利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法包括以下步骤：
1)、系统启动：预先在海域中定位穿设有钢缆1，钢缆1上自由悬挂有剖面仪，并使剖面仪由上至下自主滑入海水深处，剖面仪上的各项探测设备开启进行海洋剖面数据检测，剖面仪中的驱动泵组件及电磁阀11开启，执行机体的升降运作；
2)、检测海洋动力环境信息剖面数据：
a、温度检测：通过温度探头16内的普通温度检测模块与快速温度检测模块来实现海洋剖面温度的测量；
b、剪切检测：通过剪切探头17内的剪切检测模块直接测量出海流的高频脉动速度，根据高频脉动流速的剪切值推算出湍动能耗散率；
c、深度检测：通过深度探头内的压力检测模块测量出剖面仪在水中深度，进而求得下放或上升的速度，用于湍动能耗散率的计算；
d、海流、温盐检测：通过海流计15内的海流感测模块，温盐深仪14内的温盐感测模块测量出海流参数和温度、盐度、压力数据；
e、姿态感测：通过姿态传感器内的姿态传感模块测量剖面仪的姿态和航向，同时提供经过较核的三维加速度，角速度以及磁场强度数据；
3)、剖面仪升降运作操控：
a、上浮控制：控制器中的主控制模块通过串口向浮力驱动控制模块发出指令信号，浮力驱动控制模块控制左右对称的两个剖面仪子单元进行浮力调节，即通过H桥电路控制电机9运行，带动高压泵10将下方油囊13的液压油泵出至上方油囊7，实现剖面仪的上浮操作；
b、换向操作：当各项探测设备到达设定上限位置时，或各项探测设备临近设定上限位置时其检测数据不变，控制器中的主控制模块通过串口通知浮力驱动控制模块，发出由上浮状态转入下沉状态的指令信号；
c、下沉控制：浮力驱动控制模块控制电磁阀11打开，上方油囊7中的液压油在液压的作用下自主回流进入下方油囊13，实现剖面仪的下沉操作；
4)、休眠状态：当各项探测设备到达设定下限位置时，或各项探测设备临近设定下限位置时其检测数据不变，控制器中的主控制模块通过串口通知浮力驱动控制模块，发出进入休眠状态的指令信号，以等待下一次开启信号。
剪切探头17直接测量的是垂直于剪切探头17轴线方向的脉动流速u随时间的变化du/dt，通过泰勒冻结定理假设，可得到脉动流速u的垂向剪切uz:其中，W剖面仪的下放速度，u为水平流速的脉动量。
剪切探头17测量出的脉动流速的高频梯度信号，基于湍流的各向同性假设，在耗散子域内，利用观测的高频脉动流速剪切可依据下式推算出湍动能耗散率ε：其中，ν为流体运动学粘性系数，k为波数(单位cpm)，ψobs(k)为脉动流速的剪切波数谱，尖括号代表时间平均。
在实际数据处理中，由于仪器采样频率及剪切探头17的空间分辨频率有限，尤其在频率较高电路噪声较大，信号性噪比降低，所以公式只能对观测波数谱ψobs(k)在一定波数范围内积分，这是一个逐步迭代的过程，其基本计算过程如下：
(a)对流速剪切uz去奇异值，并做频谱分析得其功率谱
(b)在湍流剖面仪下放过程中，与海洋混合定点观测单元类似，仪器平台振动对剪切信号测量造成一定程度的污染，需要利用加速度传感器监测的平台加速度信号a对快速温度梯度信号s进行运动补偿校正。
运动补偿校正方法为：首先做信号s和信号a的交叉谱 其中ω为圆频率，F(ω)表示信号的Fourier变换，*表示共轭，信号a的功率谱为则校正方法如下：其中, 为校正后功率谱，然后转化为频率谱：
(c)将功率谱转化为波数谱ψobs(k)：
(d)由于剪切探头17不可能无限小，所以需要对波数谱ψobs(k)做探头空间响应校正，校正后波数谱仍记为ψobs(k)；
(e)由于仪器采样频率有限以及高频电路噪声等影响，观测只能分辨有限波数子域[kmin,kmax]内的湍流耗散谱，通过拟合观测耗散谱ψobs(k)与理论的Nasmyth谱ψtheory(k)计算耗散率，即首先取初值kmin＝1，kmax＝15。计算Kolmogorov波数ks：
(f)令kmax＝ks，重复计算步骤(e)，通过不断迭代扩大积分区间并计算ε和ks。若kmax≥ks，则终止迭代过程；
(g)积分步骤(f)最后一次迭代的Nasmyth理论谱，可计算湍动能耗散率ε。
各项探测设备将探测信息传递至控制器，控制器进一步整理分析探测信息，完成各项海洋微结构的剖面测量，并进一步绘制出各项探测信息的分析记录图表。在控制器根据分析整理后的各项探测信息数据，由主控制模块向浮力驱动控制模块发出驱动指令，该浮力驱动控制模块根据驱动指令操控电机9与电磁阀11动作。
主控制模块向浮力驱动控制模块发出上浮操作指令信号，同步控制电机9的运行速率以控制出油流量，进一步控制剖面仪的上浮速度。电磁阀11具有两条相并联的通路，一条通路上设置单向阀门，防止液压油从下方油囊13经过回油管路流入上方油囊7；另一条通路上设置流量调节阀门，在下沉回油的过程中调节开启程度以控制回油流量，进一步控制剖面仪的下沉速度。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了钢缆1；限位挡盘2；中央立架3；缓冲弹簧4；阻尼刷5；浮漂舱6；上方油囊7；驱动舱8；电机9；高压泵10；电磁阀11；耐压舱12；下方油囊13；温盐深仪14；海流计15；温度探头16；剪切探头17等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (8)
1.一种利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法，所述往复式海洋微结构剖面仪包括第一剖面仪子单元、第二剖面仪子单元及中央立架，两个剖面仪子单元一左一右固定在中央立架上，在中央立架的中轴线上设置有用以供钢缆与中央立架连接的钢缆穿经孔，钢缆通过钢缆穿经孔纵向贯穿于中央立架，中央立架能沿钢缆上、下滑移，在钢缆上设置有用于限制中央立架滑移距离的上限位部与下限位部，第一剖面仪子单元从上至下依次设置有第一浮力驱动部与第一观测部，第一浮力驱动部从上至下依次设置有浮漂舱、驱动舱与耐压舱，在浮漂舱内设置有上方油囊，在耐压舱内设置有下方油囊，在驱动舱内设置有驱动泵组件及电磁阀，驱动泵组件通过出油管路连通上方油囊与下方油囊，电磁阀通过回油管路连通上方油囊与下方油囊，第一观测部电连接有控制器，控制器电连接驱动泵组件及电磁阀；第二剖面仪子单元从上至下依次设置有第二浮力驱动部与第二观测部，第二浮力驱动部从上至下依次设置有浮漂舱、驱动舱与耐压舱，在浮漂舱内设置有上方油囊，在耐压舱内设置有下方油囊，在驱动舱内设置有驱动泵组件及电磁阀，驱动泵组件通过出油管路连通上方油囊与下方油囊，电磁阀通过回油管路连通上方油囊与下方油囊，第二观测部电连接有控制器，控制器电连接驱动泵组件及电磁阀；其特征在于，所述检测湍流的方法包括以下步骤：
1)、系统启动：将上述钢缆预先在海域中定位，并贯穿于往复式海洋微结构剖面仪的中央立架，往复式海洋微结构剖面仪沿钢缆由上至下自主滑入海水深处，第一、第二剖面仪子单元的观测单元开启进行海洋剖面数据检测，与此同时，第一、第二剖面仪子单元中的浮力驱动单元开启，执行机体的升降运作；
2)、检测海洋动力环境信息剖面数据：
a、温度检测：在第一剖面仪子单元的第一观测部中，通过温度探头内的普通温度检测模块与快速温度检测模块来实现海洋剖面温度的测量；
b、剪切检测：在第一剖面仪子单元的第一观测部中，通过剪切探头内的剪切检测模块测量出海流的高频脉动速度，根据高频脉动流速的剪切值直接推算出湍动能耗散率；
c、深度检测：在第一剖面仪子单元的第一观测部中，通过深度探头内的压力检测模块测量出剖面仪在水中深度，进而求得下放或上升的速度，用于湍动能耗散率的计算；
d、海流及温盐检测：在第二剖面仪子单元的第二观测部中，通过海流计内的海流感测模块测量出海流参数，并通过温盐深仪内的温盐感测模块测量出温度、盐度和压力数据；
e、姿态感测：在第一剖面仪子单元的第一观测部中，通过姿态传感器内的姿态传感模块测量剖面仪的姿态和航向，同时提供经过较核的三维加速度，角速度以及磁场强度数据；
3)、剖面仪升降运作操控：
a、上浮控制：控制器中的主控制模块通过串口向浮力驱动控制模块发出指令信号，浮力驱动控制模块控制左右对称的两个剖面仪子单元进行浮力调节，即通过H桥电路控制电机运行，带动高压泵将下方油囊的液压油泵出至上方油囊，实现剖面仪的上浮操作；
b、换向操作：当各项检测设备到达设定上限位置时，或各项检测设备临近设定上限位置时其检测数据不变，控制器中的主控制模块通过串口通知浮力驱动控制模块，发出由上浮状态转入下沉状态的指令信号；
c、下沉控制：浮力驱动控制模块控制电磁阀打开，上方油囊中的液压油在液压的作用下自主回流进入下方油囊，实现剖面仪的下沉操作；
4)、休眠状态：当各项检测设备到达设定下限位置时，或各项检测设备临近设定下限位置时其检测数据不变，控制器中的主控制模块通过串口通知浮力驱动控制模块，发出进入休眠状态的指令信号，以等待下一次开启信号。
2.根据权利要求1所述的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法，其特征在于，所述剪切探头测量出的脉动流速的高频梯度信号，基于湍流的各向同性假设，在耗散子域内，利用观测的高频脉动流速剪切可依据下式推算出湍动能耗散率ε：其中，ν为流体运动学粘性系数，k为波数，ψobs(k)为脉动流速的剪切波数谱，尖括号代表时间平均。
3.根据权利要求2所述的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法，其特征在于，所述剪切探头直接测量的是垂直于剪切探头轴线方向的脉动流速u随时间的变化du/dt，通过泰勒冻结定理假设，可得到脉动流速u的垂向剪切uz:其中，W剖面仪的下放速度，u为水平流速的脉动量。
4.根据权利要求1所述的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法，其特征在于，所述各项检测设备将检测信息传递至控制器，所述控制器进一步整理分析检测信息，完成各项海洋微结构的剖面测量，并进一步绘制出各项检测信息的分析记录图表。
5.根据权利要求4所述的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法，其特征在于，所述控制器根据分析整理后的各项检测信息数据，同步由主控制模块向浮力驱动控制模块发出驱动指令，所述浮力驱动控制模块根据驱动指令操控电机与电磁阀动作。
6.根据权利要求1所述的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法，其特征在于，所述主控制模块向浮力驱动控制模块发出上浮操作指令信号，同步控制电机的运行速率以控制出油流量，进一步控制剖面仪的上浮速度。
7.根据权利要求1所述的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法，其特征在于，所述电磁阀具有两条相并联的通路，一条通路上设置单向阀门，防止液压油从下方油囊经过回油管路流入上方油囊；另一条通路上设置流量调节阀门，在下沉回油的过程中调节开启程度以控制回油流量，进一步控制剖面仪的下沉速度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法，其特征在于，所述剖面仪下沉至下极限位置时，进行弹性缓冲撞击而停止运动，而后根据指令信号进入休眠状态。
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