水声换能器动态吃水与传感器技术探讨

分析了水声换能器静态吃水和动态吃水的差异,以及由这种差异带来的测量精度误差。对压力式验潮仪测量潮汐变化的基本原理和工作模式进行了剖析,探讨了采用压力传感器进行测量水声换能器动态吃水的可能性,并提出了测量水声换能器动态吃水的新概念、新方法。     

使用姿态传感器时动吃水改正问题探讨

根据测深中心深度计算公式,提出了动吃水改正直接采用测深换能器动吃水所存在的问题,详细论证了姿态传感器与测深换能器偏心安装时,采用姿态传感器处的动吃水和静态吃水变化推算测深中心吃水的必要性,给出了动态吃水改正的具体建议.     

换能器动态吃水改正数测定及精度分析

现行水深测量规范对动态吃水测定方面都提出了相关要求和测量方法,但都缺少对动态吃水测定结果的精度分析。为此,提出一种新型的测量船舶测深仪换能器动态吃水改正数测定及精度分析方法。该方法主要结合定位仪、测深仪、姿态传感器、潮位数据,通过船舶静漂和顺水、顶水不同船速场景下扩大采集数据样本,并对采集样本进行精度评定。通过实际测试,换能器动态吃水改正数达到厘米级精度,该方法是可行的。该方法操作便捷,测定精度可靠,成果得到保证,是对现行规范的有益补充。     

用廻声测深仪在黄河口滨海区测深的几点建议

黄河三角洲水下地形测量中，由于作业环境复杂，影响测深仪测深精度的因素很多。为了提高测深仪的测深精度，本文提出了五种较为合理的意见。其中着重论述了静水比测和换能器动态吃水的测定立法两个方面，在论述这两方面时提出了新的实验方法。     

基于GPS PPK技术确定测深点瞬时潮位及分析

潮位是影响水下地形测量精度的主要误差之一,获取准确的潮位信息直接关系着潮位改正的正确与否。文中基于GPS PPK技术得到的GPS天线大地高,首先经过垂直基准转换,其次利用推算的姿态改正公式以及利用压力式潮位计获取的动态吃水进行姿态与吃水改正,最后采用小波变换进行波浪滤除,得到测深点精密的瞬时潮位。以琼州海峡为试验海区,采用上述方法获得测深点瞬时潮位,并与传统潮汐模型推算潮位对比,对比发现两者并不一致,且前一种方法得到的潮位趋势与测船的航向有很强的相关性。对测区的潮汐潮流特征进行了分析,分析结果与实测结果相符,表明GPS PPK能够获得该区域的潮位,并可以反映该区域的潮汐特征。     

低成本复杂环境下高精度单波束测深系统的设计与实现

长江江苏段过江通道、跨江电缆、码头等设施日益增多,建设规模趋于大型化,附近水域测量时GNSS信号遮挡严重,常造成定位信号丢失干扰。本文研究中将低成本中等精度惯性导航系统接入,使用内插和姿态融合算法,辅助精准定位。测量时船舶动态吃水难以得到,文中提出了在换能器附近安装压力式水位计,可实时获取船舶动态吃水。通过两种传感器的结合,组成一套低成本复杂环境下的高精度单波束测深系统,经测试符合精度要求,具有一定推广性。     

测量船动态吃水测量方法研究

针对测量船特别是中大型测量船的动态吃水问题,提出了单船和双船载波相位差分GPS测定方法,给出了动态吃水计算公式。根据装备现状,对比分析了三种测量方法的适用范围,例举了典型参数值的动态吃水观测误差,旨在为测量作业人员提供借鉴和参考。     

海洋专用高精度压力传感器温度特性及补偿算法研究

针对压阻式压力传感器存在易受环境温度影响的缺点,提出一种新型温度补偿算法。文中使用高低温试验箱和高精度活塞式压力计对压力传感器进行定标实验,考察压力传感器的温度特性,结果表明传感器输出受温度影响较大且温漂系数与压力呈线性关系,经过温补算法修正后,传感器在-5~50℃、0~60 MPa的范围内实现了0.03%F.S.的压力测量精度。该温度补偿算法实现了传感器温漂特性与时漂特性的分离,具有良好的可操作性和实用性。同时,提出了一种低通滤波的方法,可以较好地抑制环境温度快速变化时传感器出现动态测量误差的问题。     

气动型波能发电装置随潮位变化可调吃水的自动控制系统的研究

在潮差大的海区,为了最大限度利用空气动能,获得最高转换效率,波能发电装置应适应潮位变化,使装置始终保持最佳吃水状态。本文介绍一种波能发电装置随潮位变化而自动升降的控制方法,这种方法的特点是在汹涛海面上简便地建立了静水面,以便进行压力控制,经试验研究,只要采用两根直径不同的、上粗下细对接起来的圆管,当其截面积比在256:1以上时,内波高即可衰减到外波高的2.6%以下(相对系统设计波况及吃水情况下),可以满足一般海洋工程的精度要求.本方法对其它有关领域也可引以借鉴。     

压力式波浪／潮位测量仪对比试验初报

介绍了新研制的压力式波浪／潮位测量仪和垂线测波记录仪、Ｓ４浪潮流仪在水深８．５ｍ处所作对比试验的结果。结果表明,潮 比测效果明显优于波浪的比测效果。应用压力式波潮仪测浪的比测结果尚可接受,但应该指出,当测量大浪时,误差会减小,其效果将合明显提高。为提高观测的质量,还应在水深较深处（５０ｍ）进行比测试验。     

基于EGM模型的多波束无验潮测深技术应用

多波束水深测量中受潮汐因素的影响,测量垂直基准是变化的,具有瞬时性。传统多波束测量,需在测区内设立一个或多个验潮站进行同步水位观测,最终将水深归算到深度基准面上。针对多波束水深测量中垂直基准转换的复杂性问题,文中基于地球重力场模型,结合测区内实测的GNSS/水准数据,通过插值算法建立了测区范围内似大地水准面精化模型,构建了多波束无验潮水深测量的垂直基准转换模型。通过实例表明,该方法有效地消除了潮汐、动态吃水及涌浪等因素影响,直接获取深度基准面的水深值,提高工作效率,可满足近岸多波束水深测量的工作需求。     

温、盐、深探头在多波束测量中的综合运用

针对多波束测量中存在的声速误差问题,探讨了声速误差对多波束测量的影响以及影响表层声速和换能器动态吃水深度变化的主要因素,提出了一种旨在提高多波束测量精度的有效手段——温、盐、深探头的综合运用,以便实时测定表层海水的声速和换能器的动态深度吃水改正。     

适用于水下滑翔器的CTD传感器设计

为满足水下滑翔器连续获取海洋剖面水文动力高质量数据的应用需求,利用自主研制的电磁感应式电导率传感器,集成快速响应的热敏电阻与压力传感器,以PIC18F2520单片机为电路系统的核心控制器,设计出一种适用于水下滑翔器搭载的微型化、低功耗、重量轻的SZQ1-1新型CTD传感器。该CTD测量仪经实验室多次标定,数据质量达到海试要求。2016年10月,该CTD传感器与海鸟SBE19 Plus在青岛胶州湾进行了海试比测。海试结果证明,该CTD传感器与SBE19 Plus测量结果相近,实时获取的温、盐、深剖面数据精度满足水下滑翔器的搭载要求。     

水深对软刚臂单点系泊FPSO动力响应的影响

系泊系统的定位能力是浅水油田作业的软刚臂式单点系泊FPSO安全作业的重要保障,为研究不同水深/吃水比下单点系泊系统的受力性能,针对一艘16万吨级软刚臂单点系泊FPSO,在线性三维势流理论的基础上,基于多体动力学方法,建立FPSO-系泊腿-软刚臂的耦合模型,采用Newman近似法和Pinkster近似法分析了FPSO所受二阶波浪力,在时域内计算了不同水深/吃水比对系泊系统动力响应性能的影响。结果表明,随着水深/吃水比的增加,Newman近似法计算得到二阶波浪力先增大后减小,引起单点系泊系统载荷先增大后减小;而Pinkster近似法计算得到的二阶波浪力逐渐减下,引起单点载荷逐渐减下。在浅水条件下,Pinkster近似法具有较好的适用性,Newman近似法严重低估了FPSO所受的二阶波浪力;在深水条件下,Newman近似法能满足工程计算的要求;适用两种方法的临界水深/吃水比为1.64。     

基于荧光猝灭溶解氧传感器的校准方法研究

溶解氧是海洋水质监测的常规关键参数,基于荧光猝灭原理研制的溶解氧传感器具有准确度高、稳定性好和可长期在线测量等优点,已经被广泛用于海水溶解氧浓度监测。针对传感器可能发生的数据漂移和显著偏差可能造成的准确度问题,本文设计了一套专门的校准装置和校准方法。通过严格控制校准水体的温度和溶解氧浓度,测量待校准传感器和参比传感器的相移、温度和溶解氧浓度数据,拟合获取传感器校准系数,实现对光学溶解氧传感器的单个多点校准。传感器校准值与参比值偏差在±8μmol·L^–1以内。实验室和海水现场比测结果显示,校准结果达到传感器性能指标要求。此校准装置及方法并不局限于光学溶解氧传感器,具有良好的推广价值。     

表层海水盐度观测传感器对比观测方法研讨

在鸭绿江口海域开展表层海水盐度自动观测传感器现场对比观测工作实践中,因河口区表层海水盐度变化的特殊性,人工采集的对比观测样品与自动观测样品难以保持完全同步,在盐度值变化较大的时段,准同步比测样品由于时间和空间因素上的差异,会带来较大的比测误差。本文通过尝试调整对比观测方法,变准同步样品为同步样品,使该对比观测方法更加符合鸭绿江口海域表层海水盐度变化的特殊性,提高了对比观测数据质量。     

潜标CTD的现场温盐比测方法研究

潜标温盐深剖面测量仪(CTD)在长期使用后仪器数据会发生漂移、准确度降低,对科学研究的正确性和可信性造成严重影响。本文依据船载CTD的作业内容,为SBE37潜标CTD设计了一种用于比测的CTD底托架,将大洋水体视为恒温槽,以SBE911船载CTD为比测标准,通过回归方法计算了潜标CTD的温盐传感器校准系数,并将该系数下获取的数据与未校准的数据进行比较。温度比测误差绝对值的均值为3.833 3×10~(-4)℃,原始误差绝对值的均值为5.500 0×10~(-4)℃,电导率比测误差绝对值的均值为2.166 7×10~(-4) S/m,原始误差绝对值的均值为2.333 3×10~(-4) S/m,以上结果证明,本文中设计的比测方法对提高潜标CTD准确性有一定作用。     

ARGO浮标海上比测试验研究

通过海上比测试验,对新研制的ARGO浮标的工作稳定性、各传感器计量性能的准确性进行全面客观的评价.采用经过计量检定过的SBE911plus温盐深剖面测量系统及中国ARGO数据库中其它ARGO浮标的相关数据作为参比,得出比测试验结果.分析数据得出结论:被测ARGO浮标与作为参比仪器的SBE911plusCTD所测数据具有良好的一致性,不同仪器间温度和盐度测量结果的相关度均在0.9以上,其中温度误差在-2.5℃～1.5℃之间,盐度误差在-0.15～0.4范围内.对于产生误差的原因进行了分析和总结,总体上得出结论:被测ARGO浮标的工作性能稳定,传感器计量性能准确可靠.     

楔形物体在静水与波浪中自由入水砰击试验研究

通过自由落体的入水方式,分别在静水和规则波中开展了两种不同横剖面的曲面楔形体入水砰击问题试验研究。使用高速摄像系统记录楔形体入水过程流场演变和运动特性,采用加速度传感器和压力传感器进行数据的动态采集。试验结果表明,在静水中入水时,外凸剖面楔形体入水砰击后模型两侧的射流飞溅比反曲剖面更剧烈,而在楔形体前端的水面以下部分形成的气腔更小;在规则波中入水时,对于相同模型,在波峰和上跨零点相位下模型入水砰击后两侧的射流飞溅比在波谷相位更剧烈。相同工况时,反曲剖面模型所受砰击的加速度峰值和压力峰值更小;在相同的入水速度下,对于相同模型,波浪载荷和砰击载荷的共同作用会使模型所受砰击压力显著增大。     

关于海洋磁测中东西测线和南北测线信号幅值差异的探讨

本文对海洋磁测中东西测线和南北测线信号幅位差异进行了探讨。发现东西测线比南北测线信号幅值低,其原因不是仪器主体故障,也不是地磁场突变所造成,而是传感器三只线圈的人工磁场H_0与地磁场的夹角θ所造成的。本文同时对仪器某些部分,提出了改进意见。