CN108693379A - 光纤光栅海流探测传感器及海流探测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤光栅海流探测传感器及海流探测系统，涉及海流测量技术领域，其包括两传感光纤、第一连接光纤、水平设置的整流板和压力感应筒；压力感应筒的两端开口处分别连接有喇叭状的汇流口，压力感应筒外设置有壳体，该壳体与两汇流口密封连接；整流板沿轴向设置在压力感应筒内；两传感光纤分别环绕设置在压力感应筒的两端，且两传感光纤上都串联有若干光纤光栅传感器，各光纤光栅传感器都密贴于压力感应筒的外壁；第一连接光纤的一端穿入壳体，通过单模光纤分别与两传感光纤的输入端和输出端连接。
Description
技术领域
本发明涉及海流测量技术领域，具体来讲是一种光纤光栅海流探测传感器及海流探测系统。
背景技术
海流测量包括流速大小和流向测量。目前常见的测量方法有浮标漂流物测流法、定点测流法和走航式测流法三种。浮标漂流物测流法是指浮标随海流一起运动，记录下浮标的位置和时间，来计算海流流速。在早期是利用船只和等设备对船进行定位，来测定浮标的位置，后来用雷达与航空摄影等方法，提高了浮标位置定位精度定点测流法是将海流测量仪器安装在固定的船只、浮标或者海洋平台上，从而对海洋中某一位置的海流进行测量。但是，安装载体随海风浪的运动可能对测量结果产生影响。走航式测流法是指安装测量仪器的载体可以在航行的同时测量海流，节省时间。这种测流方法主要利用声学多普勒海流剖面仪，与艏艉线安装夹角的准确度要求很高，一般在以内，所以一般要对船体的纵横摇摆进行角度补偿。
测量海流最方便可靠的是各种不同类型的海流计，海流计是海洋流速观测中最常用的仪器。海流计根据其工作原理可分为机械式海流计、电磁式海流计、声学多普勒海流剖面仪、热丝式海流计和粒子图像测速仪等。
机械式海流计主要是利用海流带动机械转子旋转来测量流速的。按照测量结果的输出的不同形式主要有直读式海流计、厄克曼海流计、照相型海流计、印刷型海流计和磁录式海流计等。其基本原理都是利用水流带动转子旋转，通过测量转子的速度来获得水流的速度。水流方向一般由尾舵或者磁性元件测量。
多普勒海流计即声学多普勒流速剖面仪是二十世纪八十年代初发展起来的一种新型海流计。它是基于多普勒效应测量流速。声学多普勒海流计用声波换能器作为传感器，换能器发出声波，通过水体中不均匀分布的粒子物质反散射，再由换能器接受反射声波，计算多普勒频移而换算出流速。
热丝式海流计是利用放置在海水中加热的金属丝来测量流速，将金属丝接通一定电流，金属丝的温度变化与流速构成一定数量关系，利用温度下降和流速的关系来测量流速，此原理亦用于风速传感器。早期发明的热线热膜式流速传感器，至今己有多年的历史。热丝式海流计属于接触式测量仪，同时海水对加热的金属丝腐烛较大会对流场的测量产生一定的影响。
粒子图像测速仪是通过拍摄并测量海流中跟随流体运动的粒子速度来测量流度。可在某个瞬间记录一个平面内所有粒子的流动信息，通过对多个瞬时流场的对比可用于非稳定流动过程，具有分辨率高、获取信息量大、不干扰被测流场和可以连续测量等优势。但是在深海中示踪粒子的释放和照相技术的应用受到局限。
目前技术产品的缺点主要表现以下几个方面。
机械海流计的特点是价格低廉，制造技术十分成熟，功耗低，但是其缺点也十分明显：转子的轴承存在摩擦，流速较小的海流不能推动转子旋转，存在启动流速，无法测量较小的海底流速，测量范围小。流向的测量误差较大，一般没有数据处理功能。电磁式海流计工作原理是根据法拉第电磁感应定律，将海水作为导体切割磁感线形成一定的电动势来测量流速大小。电磁式海流计按磁场的形成可分为人工磁场电磁式海流计和地磁场海流计。电磁海流计可测瞬变流速和流向，对流场影响较小，但易受附近磁场影响。和传统机械式海流计相比较，具有机械摩擦小、启动流速低、寿命长等优点。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种光纤光栅海流探测传感器及海流探测系统，实现了对深海洋流流速、流向的测量。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种光纤光栅海流探测传感器，包括两传感光纤、第一连接光纤、水平设置的整流板和压力感应筒；所述压力感应筒的两端开口处分别连接有喇叭状的汇流口，压力感应筒外设置有壳体，该壳体与两汇流口密封连接；所述整流板沿轴向设置在压力感应筒内；两传感光纤分别环绕设置在压力感应筒的两端，且两传感光纤上都串联有若干光纤光栅传感器，各光纤光栅传感器都密贴于压力感应筒的外壁；所述第一连接光纤的一端穿入壳体，通过单模光纤分别与两传感光纤的输入端和输出端连接。
在上述技术方案的基础上，所述整流板的两端均伸出汇流口。
在上述技术方案的基础上，各光纤光栅传感器均匀设置于压力感应筒的外壁。
在上述技术方案的基础上，所述第一连接光纤与壳体的连接处设置有第一护套。
在上述技术方案的基础上，还包括与壳体连接的第二连接光纤。
在上述技术方案的基础上，所述第二连接光纤的上端与壳体的连接处设置有第二护套，第二连接光纤的下端连接有配重锤。
在上述技术方案的基础上，所述压力感应筒采用薄壁不锈钢金属板制成。
本发明还提供一种海流探测系统，包括探测船，该探测船底部自上而下依次串联有至少一个如上述的光纤光栅海流探测传感器，每相邻的两光纤光栅海流探测传感器之间通过光纤接头连接，顶层的光纤光栅海流探测传感器通过第一连接光纤与探测船连接，底层的光纤光栅海流探测传感器通过第二连接光纤与配重锤连接。
本发明的有益效果在于：
本发明公开光纤光栅原理提出一种光纤光栅海流传感器，实现了对深海洋流流速、流向的测量。这种传感器不仅制作简单、成本低廉，而且功耗低、探测深度大、精度高、灵敏度好、抗干扰性好。实验表明，这种光纤光栅海流传感器其有效传感范围为0～1000m，海洋洋流流速与回光近似呈线性关系，灵敏度为0.1％FS，可靠性高。
附图说明
图1为本发明实施例中光纤光栅海流探测传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例中光纤光栅海流探测传感器的工作原理示意图；
图3为本发明实施例中海流探测系统的结构示意图。
附图标记：
100-光纤光栅海流探测传感器；
101-整流板；102-压力感应筒；103-汇流口；104-壳体；105-传感光纤；106-光纤光栅传感器；107-单模光纤；108-第一连接光纤；109-第一护套；110-第二连接光纤；111-第二护套；
200-光纤接头；
300-配重锤；
400-探测船。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(X)”、“纵向(Y)”、“竖向(Z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
下面结合说明书的附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参见图1所示，本发明实施例提供了一种光纤光栅海流探测传感器，其特征在于：包括两传感光纤105、第一连接光纤108、水平设置的整流板101和压力感应筒102；
压力感应筒102的两端开口处分别连接有喇叭状的汇流口103，压力感应筒102外设置有壳体104，该壳体104与两汇流口103密封连接；具体的，压力感应筒102采用薄壁不锈钢金属板制成。
整流板101沿轴向设置在压力感应筒102内；具体的，整流板101的两端均伸出汇流口103。
两传感光纤105分别环绕设置在压力感应筒102的两端，且两传感光纤105上都串联有若干光纤光栅传感器106，各光纤光栅传感器106都密贴于压力感应筒102的外壁；具体的，各光纤光栅传感器106均匀设置于压力感应筒102的外壁。
第一连接光纤108的一端穿入壳体104，通过单模光纤107分别与两传感光纤105的输入端和输出端连接。具体的，第一连接光纤108与壳体104的连接处设置有第一护套109。
具体的，还包括与壳体104连接的第二连接光纤110。该第二连接光纤110的上端与壳体104的连接处设置有第二护套111，第二连接光纤110的下端连接有配重锤300。
参见图3所示，本发明实施例还公开了一种海流探测系统，包括探测船400，该探测船400底部自上而下依次串联有至少一个如上述的光纤光栅海流探测传感器100，每相邻的两光纤光栅海流探测传感器100之间通过光纤接头200连接，顶层的光纤光栅海流探测传感器100通过第一连接光纤108与探测船400连接，底层的光纤光栅海流探测传感器100通过第二连接光纤110与配重锤300连接。
本发明光纤光栅海流探测传感器的工作原理为：
参见图2所示，采用第一连接光纤将传感器垂直沉入海底，海流经过整流板，会自动将传感器桶旋转到与海流平行方向，海流经过整流板到达汇流口到达压力感应筒，在海流汇入方向，由于汇流口和压力感应筒的口径不同，海水由汇流口进入压力感应筒会对压力感应筒产生压力，使压力感应筒膨胀，压力感应筒采用薄壁不锈钢金属板制备，光纤光栅传感器感受压力感应筒的膨胀变形。膨胀变形量与水流速度成正比。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“优选地”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点，包含于本发明的至少一个实施例或示例中，在本说明书中对于上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或者示例中以合适方式结合。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种光纤光栅海流探测传感器，其特征在于：包括两传感光纤(105)、第一连接光纤(108)、水平设置的整流板(101)和压力感应筒(102)；
所述压力感应筒(102)的两端开口处分别连接有喇叭状的汇流口(103)，压力感应筒(102)外设置有壳体(104)，该壳体(104)与两汇流口(103)密封连接；
所述整流板(101)沿轴向设置在压力感应筒(102)内；
两传感光纤(105)分别环绕设置在压力感应筒(102)的两端，且两传感光纤(105)上都串联有若干光纤光栅传感器(106)，各光纤光栅传感器(106)都密贴于压力感应筒(102)的外壁；
所述第一连接光纤(108)的一端穿入壳体(104)，通过单模光纤(107)分别与两传感光纤(105)的输入端和输出端连接。
2.如权利要求1所述的光纤光栅海流探测传感器，其特征在于：所述整流板(101)的两端均伸出汇流口(103)。
3.如权利要求1所述的光纤光栅海流探测传感器，其特征在于：各光纤光栅传感器(106)均匀设置于压力感应筒(102)的外壁。
4.如权利要求1所述的光纤光栅海流探测传感器，其特征在于：所述第一连接光纤(108)与壳体(104)的连接处设置有第一护套(109)。
5.如权利要求1所述的光纤光栅海流探测传感器，其特征在于：还包括与壳体(104)连接的第二连接光纤(110)。
6.如权利要求5所述的光纤光栅海流探测传感器，其特征在于：所述第二连接光纤(110)的上端与壳体(104)的连接处设置有第二护套(111)，第二连接光纤(110)的下端连接有配重锤(300)。
7.如权利要求1所述的光纤光栅海流探测传感器，其特征在于：所述压力感应筒(102)采用薄壁不锈钢金属板制成。
8.一种海流探测系统，包括探测船(400)，其特征在于：该探测船(400)底部自上而下依次串联有至少一个如权利要求1所述的光纤光栅海流探测传感器(100)，每相邻的两光纤光栅海流探测传感器(100)之间通过光纤接头(200)连接，顶层的光纤光栅海流探测传感器(100)通过第一连接光纤(108)与探测船(400)连接，底层的光纤光栅海流探测传感器(100)通过第二连接光纤(110)与配重锤(300)连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20181023 |