基于Zemax外海观测光纤探针传感器探头结构的优化设计

光纤探针法是一种适合观测波浪破碎瞬间卷入微气泡羽流的方法,现有的观测探针探头多采用塑料、玻璃等材质,存在脆性大、损耗大、不耐低温、易腐蚀等缺点,拟设计一种蓝宝石光纤探针克服其局限性,提升探测性能.文章在介绍光纤探针传感器测量原理的基础上,采用光学仿真软件Zemax建立了光纤探针传感器探头的仿真模型,并利用模型对其每针的材质、形状、角度等结构设计关键因素进行了优化设计,由仿真结果确定了每针形状为圆锥形、传输材质为蓝宝石.该仿真结果将为后续光纤探针传感器系统的整体设计及光路优化奠定基础.     

基于CSSO算法的抛弃式探头结构优化设计

在海洋水文探测系统中,抛弃式探头是整个探测系统的核心,也是探测工作的执行者。为了得到准确有效的探测数据,就需要对抛弃式探头做进一步的优化设计。采用多学科设计优化方法(multi-disciplinary design optimization,MDO)中的并行子空间优化方法 (concurrent subspace optimization,CSSO)对抛弃式探头进行设计。首先对系统进行分析,得到系统分析的近似模型,其次对并行的子学科进行优化,再次更新系统分析模型,最后验证优化模型的收敛性。结合抛弃式探头的结构,选取了头部进行了优化设计,给出了圆环型、半圆型、圆锥型3种设计方法。利用CAD软件画出三维仿真模型,然后用CFD软件进行流体工作环境仿真,最终确定半圆型头部探头为最优化设计探头。     

基于潜标资料的中南半岛外海水文特征分析

基于2012年9月—2013年12月中南半岛外海累计16个月的长时间序列潜标观测数据,结合AVISO海表面高度异常(sea level anomaly,SLA)数据,首次详细分析了中南半岛外海典型中尺度涡的运动规律和垂向特征及其对环境水文特征的影响,揭示了该海域深层海流的时间变化特征。在观测期间共捕捉到3次中尺度涡过程,中尺度涡对站位所在海域主温跃层深度变化的最大影响振幅可达50 m。研究发现:1)观测站位所在海域各深度的温度异常时间变化与站位SLA时间变化的相关性随深度增加逐渐减弱。2)上层和中层的海水流动受中尺度涡影响显著。1 500 m和2 000 m的深层环流主要表现为季节变化;在强中尺度涡暖涡经过期间,中尺度涡能影响到1 500 m的环流场,同时出现30 d周期震荡。2 000 m流场则不受中尺度涡影响。3)中南半岛以东南海1 500 m处深层海流月平均流速夏季大于冬季,月平均可达3.5 cm·s~(-1);2 000 m处深层海流最大流速出现在冬季,月平均可达2.6 cm·s~(-1)。深层海流受潮汐影响显著,潮汐作用主要影响深层海流东西向流速的变化。     

基于国产第一代Argo浮标的结构优化设计

Argo浮标即自沉浮式剖面探测浮标,长期工作在海上自动沉浮,专用于海洋次表层温度、盐度和深度的剖面测量。我国国产第一代Argo浮标由于结构布局引起浮标重心偏高、偏离中心线、电池容量小等问题,导致浮标在海面漂浮时稳定性降低,探测周期不及国外最新浮标。针对以上问题,文中主要介绍了Argo浮标结构的形状优化设计、相关计算和实验验证。     

基于舟山外海连续测站的湍混合研究

利用2010年4月3日在舟山外海观测的25hLADCP海流数据与CTD连续观测数据,综合利用Thorpe方法、功率谱分析、交叉谱分析等方法对测站所在海域的小尺度湍混合参数进行估计,分析并讨论了其时空分布特征及影响因子。研究结果表明,上混合层湍流所致的垂向翻转尺度普遍大于下混合层,较大尺度翻转均出现在潮位峰值附近,涨潮时段混合明显大于落潮时段且半日周期,1/4周期显著。该站点存在明显的"上强下弱"双密度跃层现象,湍动能耗散率、湍混合率也呈现出"表强底弱"特征。弱跃层中近惯性频率的内波和近半日潮频率的内潮信号最为显著,而强跃层中则是高频内波和近半日潮频率的内潮信号明显,上下跃层及其之间伴有间歇性强湍流发生。上混合层平均的湍混合对风应力的响应要快于对海流的响应,底应力是下混合层水体湍混合的重要因子。     

光纤光化学氨传感器的研究及应用

氨是导致海洋水体富营养化的重要因素之一，基于光纤光化学检测的氨传感器特别适于氨的原位或在线分析。文章介绍了光纤光化学氨传感器的基本原理，光纤敏感膜的制备方法及其一些应用管况。发展小型、实用的光纤光化学传感器是未来海水中氨的原位、在线检测的发展趋势之一。     

光纤温深传感器在物理海洋的应用

光纤传感器技术已经在土木工程、航空航天、石油石化等方面得到应用,其温度、压力、流速传感日趋成熟,且具有本征绝缘、易于复用、远距离传输等优势,在物理海洋领域有较大的潜在应用。在先导专项的支持下,课题组完成了光纤温深传感器及其系统在海洋牧场遥测方面的实践应用,是光纤温度链在海洋养殖方面的应用创新,为现代海洋牧场的研制提供了技术支撑作用;课题组研制了船载拖曳温深链系统,并在北黄海和南海海域进行了温度跃层的快速高效海试应用,实时、连续、原位获取了水下温度剖面情况,该领域温度测量的首次试验应用,为物理海洋的科学研究提供了一种全新的快速、高时空密度的测量手段,将会推动物理海洋的科学研究和海洋仪器设备研发水平,具有一定的先导作用。     

基于实测资料的钦州湾外海海域潮流特征分析

采用短期资料的潮流准调和分析方法,对2019年7月钦州湾近海海域3个站位的同步潮流资料进行了分析。结果表明：V2测站为不规则全日潮流,V1、V3测站为不规则半日潮流;三个测站均呈现明显的往复流特征,其中,V1和V2测站为N～S向,V3测站为ENE～SW向;除小潮期外,三个站位涨潮流均小于落潮流,平均流速均较小;各主要分潮流基本以K₁、O₁全日分潮流和M₂半日分潮流为主,其次是S₂半日分潮流;垂线平均余流,最大值出现在大潮期间V2测站,达15.7 cm/s,方向为61°。     

介绍一种测量溶解氧的微型光纤传感器

本文介绍了一种根据动态荧光猝灭原理而设计的微型光纤溶解氧传感器（氧微光极）,讨论了氧微光极的结构设计、工作原理、技术特点及试验应用情况。该系统具有良好的测量特性,是适合于水环境应用的理想工具     

基于多传感器观测下的带乘性噪声系统的最优滤波融合算法

多传感器系统由于具有较高的精度及可靠性日益受到研究者的重视。本文针对多传感器观测下的带乘性噪声系统 ,分别给出了集中式与分布式滤波融合算法。这 2种算法在数学上完全等价 ,在线性最小方差意义上均是最优的。但对于工程实际问题 ,分布式的融合策略在计算、可靠性、故障的检测与隔离等方面更具有优势。文中举例验证了这 2种融合算法的有效性。     

基于优化设计理论的高桩码头结构振动有限元模型修正

高桩码头是码头建筑物中应用最广泛的结构形式,利用高桩码头物理模型振动测试结果对码头结构有限元模型的修正进行研究。以结构特征灵敏度分析为基础进行了基于优化理论的有限元模型修正。修正后的有限元模型动力特性更趋近于实测值,同时为高桩码头结构的动力响应分析、损伤诊断和整体性评估提供基准。     

面向海洋传感与探测的光纤传感器研究进展

调研了近几年光纤传感器在海洋探测方面的研究进展,主要包括测量海水温度、压力、盐度、叶绿素、pH值和溶解氧的相关光纤传感器以及光纤水听器。简要介绍了光纤传感器的基本原理、结构及性能,同时跟踪了国内外相关的最新研究进展,并与传统的测量方法进行了比较,分析得出光纤传感器是对现有传统海洋探测器的重要补充,并在一些探测领域具有独特的优势。文章最后,探讨了光纤传感技术的未来发展趋势,认为在海洋温度、压力、叶绿素、水听器等领域可能会率先突破技术瓶颈并实现商用,同时提出了未来海洋光纤探测技术新的研究方向。     

海洋工程结构的多目标模糊优化设计

本文从模糊综合评判的角度出发，研究了海洋工程结构的多目标优化设计方法。运用模糊层次分析法来确定各追逐目标的重要性因子；通过模糊变换求得方案的模糊评判；并用理想评判集的模糊识别法确定设计方案的优劣。从而进行结构的优化设计。文章还给出了海洋平台桩腿结构的模糊优化设计实例。     

基于快速成型技术的抛弃式探头模型设计

抛弃式探头下沉数学模型的有效性及其运动的CFD仿真计算方法,都需要在较短时间内设计并制作模型实物,以进行实验验证。利用计算机辅助设计结合三维快速成型技术制作了探头模型,并在实验室水箱环境下进行了模型实验。探头模型的质量调整精确度较高,变化范围小于0.6 g,且重量分布均匀,下沉运动方向平稳;可控制其在有效实验水深内达到需要的下沉速度,利用高速摄像和图像处理后得到的实验结果准确可靠,可作为提高CFD仿真计算方法准确性的依据。     

美国圣迭戈(San Diego)外海的温盐细结构和地转流切变的估算

近十来年,海洋学家研究了海洋中温、盐和密度在细尺度(1—100米)范围内的变化,即温、盐和密度的细结构。产生细(和微)结构的机理大致有两种:1.不同水团的相互交错。它又有两种可能:一种为流速切变产生的机械搅拌;一种为双扩散产生的对流搅拌。2.内波破碎,它能产生不同于流速切变所产生的机械搅拌。 研究海洋细微结构中一个重要的问题是要确定产生细微结构的机理。Jahnsan.Cox和Gallagher(1978)提出了一个分辨内波破碎和水团入侵产生的细微结构的判据。     

基于形状特征的XBT探头检测与识别研究

为改进国产投弃式温深仪(XBT)的下降速率公式,拟采用基于图像处理的方法测量其下落过程中的运动参数并分析,为此要实现XBT探头的自动提取。为实现视频图像中XBT探头的自动检测识别,提出了一种基于形状特征的目标检测识别算法。首先通过背景差分法去除背景噪声并阈值分割,采用连通区域的标记算子将二值图像标记为互不连通的待识别区域。然后提取连通区域的偏心率、致密性以及标记图构造描述目标的特征向量,通过计算各连通区域的特征评价函数,利用模糊综合评价方法识别XBT探头。最后对研究方法进行了物理实验验证。实验结果表明:用模糊综合评价方法能较好地在复杂背景下实现目标的识别,能够有效地在序列图像中准确的检测识别出XBT探头目标,为XBT运动参数的测量打下了基础。     

大深度救生钟耐压结构的优化设计

针对某型救生钟的救生舱耐压壳体,推导出典型水下耐压结构的计算公式,建立结构优化数学模型,并编制计算程序以求解结构最优尺寸,在此基础上确定耐压结构的设计尺寸.对设计结果采用有限元计算和规范计算比对分析,结果证明采用程序计算设计的优化尺寸满足工程要求.本文提供的计算方法可为水下环肋耐压壳体结构工程设计提供参考.     

装载GPCTD传感器的海翼水下滑翔机观测数据实时质量控制

Profiles observed by Sea-Wing underwater gliders are widely applied in scientific research. However, the quality control(QC) of these data has received little attention. The mismatch between the temperature probe and conductivity cell response times generates erroneous salinities, especially across a strong thermocline. A sensor drift may occur owing to biofouling and biocide leakage into the conductivity cell when a glider has operated for several months. It is therefore critical to design a mature real-time QC procedure and develop a toolbox for the QC of Sea-Wing glider data. On the basis of temperature and salinity profiles observed by several Sea-Wing gliders each installed with a Sea-Bird Glider Payload CTD sensor, a real-time QC method including a thermal lag correction, Argo-equivalent real-time QC tests, and a simple post-processing procedure is proposed. The method can also be adopted for Petrel gliders.     

青岛近海海雾微物理结构的初步观测

迄今,国内对沿海地区海雾的观测资料不多。为了解海雾的微物理特性,本文根据在青岛近海的实测资料作初步分析。