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。     

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。     

光纤传感器和水声学及其换能器在海洋技术上的应用

光纤传感器和水声学及其换能器在海洋技术上的应用孙德兴邵道远朱厚卿邱嵩（中国科学院声学研究所）廖延彪（清华大学电子工程系）光纤传感器和水声换能器在海洋技术上具有极大的应用价值和潜在的应用价值。本文将分别介绍光纤传感器的发展现状及其能够探测物理量的范围以...     

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.     

光纤化学/生物传感技术在海洋环境监测中的应用

本文通过光纤溶解氧、 p H、湿度等化学传感探头及发光菌水质毒性监测生物传感探头的研制 ,开发出了一类能用于环境监测的新型传感器。本文的创新之处在于传感探头的设计与包装 ,以及数种可逆性、选择性、稳定性、使用寿命、响应时间、灵敏度等响应特性具佳的化学及生物传感膜的配方和制作技术。利用这些技术 ,通过对光纤探头的设计与包装 ,可以实现在现场及实验室模拟条件下对样品的选择性检测。研制的传感器能广泛应用于海洋污染调查、内河水质评价、水产养殖、工矿企业水气排污自检等诸多方面。     

基于Zemax的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。     

基于端面反射的高频光纤振动传感系统研究

光学测量方法是高频振动检测领域新的研究方向。该论文研发了由光纤振动检测传感器、光纤振动信号检测单元等系统组成的一个振动检测系统,使用端面反射的基本原理。振动信号经过光纤振动传感器转化为光信号,再经过检测单元转化为电信号,最终得到测量频率。实验测得该系统的频率响应范围是2～33 kHz,测量误差小于0.21%。该系统的光纤振动传感器是强度调制型光纤传感器,避免了波长解调,相对于其他光学测量系统具有测量带宽广、测量频率高、振动传感器设计简洁等优点。     

光纤光栅称重传感器在大型海上浮吊中的应用

为了实现大型海上浮吊臂架结构健康状态监测,开发了大型海上浮吊光纤光栅称重传感器系统,提出了光纤光栅称重传感器设计理论,建立了传感器设计框架。通过悬臂梁理论,借助于有限元分析软件,提出了悬臂梁和受压弹性体复合结构;通过温度补偿理论与对比,提出了滤波温度补偿方案;通过迟滞效应原理,提出了双光栅式迟滞效应消除方案。进行光纤光栅称重传感器性能实验、反复性实验和稳定实验,讨论了系统的性能和可行性。并将大型海上浮吊光纤光栅实时称重系统应用于实际工程项目,成功实现了大型海上浮吊负重状况监测。     

三种微纳光纤环形腔海水盐度传感器理论研究

盐度在研究海水水体密度、水质监测、海洋渔业等方面发挥着重要的作用,为发展一种新型的光学传感器来进行海水盐度的测量。从理论上设计3种温度不敏感的微纳光纤环形腔海水盐度传感器并进行了数值计算。利用有限元软件COMSOL计算了微纳光纤中传输的基模有效折射率,结合MATLAB对盐度传感器的特征参量进行数值研究。首先,研究了传感器的温度特性,得到了温度不敏感条件对应下的光纤半径。其次,研究了温度不敏感下传感器的灵敏度和探测极限。结果表明,在选择MgF2为镀膜材料的情况下,通过优化传感器参数,盐度灵敏度可达到0.02nm,盐度探测极限可达到0.18。本文结果可以为微纳光纤环形腔应用于海水盐度测量提供理论依据。     

光纤光栅技术在周界入侵报警系统中应用研究

基于光纤光栅应变传感理论,开发以光纤光栅振动传感器为核心的周界入侵报警系统。由理论出发,建立了光纤光栅振动传感器设计框架。通过对不同尺寸质量块的实验研究,提出使用规格为4.5×20(mm×mm)的质量块;通过对不同光栅拉伸量的实验研究,提出0.8～1.0nm之间光栅拉伸量的光纤光栅振动传感器;通过对不同封装材料的对比实验,采用石英玻璃材料封装的方法。最后,将周界入侵报警系统进行了现场试验,波长检测范围是1 280～1 580nm,响应时间在3s以内,报警定位准确无误。     

Size-fractionated uranium isotopes in surface waters in the Jiulong Estuary in China

Surface water was collected from the Jiulong Estuary for determination of activity concentrations of uranium isotopes in different size fractions, namely, greater than 53, 10 -53, 2 - 10, 0.4 -2 μm, 10 000 u -0.4 μm and less than 10 000 u fractions by microfihration and cross-flow uhrafiltration technologies. Results indicated that most of the dissolved uranium （ 〈 0.4 μm） exis- ted in the low molecular mass fraction （ 〈 10 000 u）, and the colloidal uranium-238 （10 000 u -0.4 μm） only contributed less than 1% of the dissolved uranium-238. The fractions of colloidal uranium in the dissolved phases decreased with the increasing sa- linity. A positive linear relationship between uranium-238 activities and salinities was observed for the dissolved, colloidal and low molecular mass fractions, indicating a conservative behavior of uranium in the Jiulong Estuary. In the particulate phases （ 〉 0.4 μm）, the partitioning of uranium isotopes among different size fractions was controlled by the partitioning of particle concentrations. In the regions with salinities below 20, the partitioning of uranium-238 among different size fractions was as follows： 10 - 53 μm 〉 2 - 10 μm 〉 0.4 - 2 μm greater than above 53 μm. However, the order at the offshore station with salinities above 30 changed as follows ： 0.4 - 2 μm 〉 10 - 53 μm 〉 2 - 10 μm greater than above 53 μm. The fraction of the 0.4 - 2 μm particles increased at the offshore station, suggesting the increased contribution of the authigenic uranium. The activity ratio of uranium-234 to uranium-238 in the dissolved phases, including the low molecular mass fraction and the colloidal fraction, was larger than unity, showing the occurrence of excess uranium-234. In contrast, the activity ratio of uranium-234 to uranium-238 in all size fractions of the particulate phase was close to the equilibrium value （1.0）. The observed different values of the activity ratio of uranium-234 to uranium-238 in the dissolved phase and the partic     

一氧化氮在浮游植物中的研究进展

对一氧化氮在浮游植物中的研究进展进行了归纳,总结了一氧化氮对浮游植物生长的影响,探讨了浮游植物中一氧化氮的产生机制,并对今后的研究重点提出展望。     

湄洲湾夏季的初级生产力

湄洲湾１９９２年夏季的叶绿素ａ，三磷酸腺苷，碳比积累速率，初级生产力的变化范围和均值分别为０．４５－４．７２，１．４９ｍｇ／ｍ＾３；０．１２－１．０７，０．３１μｇ／ｄｍ＾３；０．０６－０．５８，０．３４ｄ＾－１；０．０７－０．３４，０．２１ｍ／（ｍ＾２．ｄ）。叶绿素ａ与三磷酸腺苷之间。初级生产力与碳比积累速率之间均呈正相关关系。叶绿素ａ三磷本能腺苷的比值为４．８，湄洲湾夏季浮游植物的生长受氮不足     

夏季珠江口沉积物中营养盐剖面分布和界面交换通量

通过对夏季珠江口区域沉积物间隙水营养盐剖面分析,调查了营养盐含量分布和特征,探讨了有机物的降解特性、营养盐的底部通量估算和作用.结果表明,珠江口沉积物间隙水中营养盐以高含量铵盐为主要的存在形式,沉积物中有机物的降解反应主要在厌氧状态下进行,底部水体铵盐的增加来源于底部沉积物有机质的降解释放,而且对水体的营养盐循环有较大的贡献.     

中国海洋腹足类分类学研究进展——纪念中国科学院海洋研究所建所70周年

中国科学院海洋研究所建所70年来,在海洋贝类分类学研究领域取得了长足发展与进步,做出一系列开创性研究成果。本文综述了建所以来我所海洋腹足类分类学研究方面的主要进展,概述了取得的主要科研成果,分析了现代腹足类分类学研究的发展趋势以及面临的挑战,并对今后的发展提出了相应对策和建议。     

Recent progress in submarine geosciences in China

In China submarine geosciences represents a newly established discipline of oceanography, focusing on the oceanic lithosphere, and its interface with the hydrosphere and biosphere. Recently, supported by the National High Technology Research and Development Program and other high-tech development projects, significant progress has been made in the development of advanced technologies and equipment. This en- ables the scientists in China to carry out explorations of the international seabed area in the Pacific Ocean and on the Southwest Indian Ridge. In addition, they have been active in the research activities associated the mid-ocean ridges and western Pacific marginal seas. It is anticipated that this research field will continue to be highly fruitful in the near future.     

九龙江口红树林区底栖动物体内的多环芳烃

2001年8月和11月在九龙江口红树林区采集了6种底栖动物,测定了它们体内16种多环芳烃的含量.紫游螺(Neritina [Dostia] violacea)、黑口滨螺(Littoraria melanostoma)、可口革囊星虫(Phascolosoma esculenta)、弹涂鱼(Periophthalmus cantonensis)、查加拟蟹守螺(Cerithideadj adjariensis)、孔虾虎鱼(Trypauchen vagina)对沉积物中多环芳烃的富集系数均小于1.弹涂鱼和黑口滨螺体内多环芳烃的含量有随沉积物中多环芳烃含量的增加而增加的趋势,但它们的富集系数却有随沉积物中多环芳烃含量增加而减少的趋势.弹涂鱼、黑口滨螺、查加拟蟹守螺和可口革囊星虫体内多环芳烃主要由二环多环芳烃组成,紫游螺和孔虾虎鱼体内分别是四环和五环多环芳烃比例最高.     

厦门市近15年无机氮湿沉降的变化情况

为了研究厦门市大气湿沉降中的无机氮情况,分析了2000～2014年厦门市内和郊区的雨水中NO_3^--N和NH_4^+-N的浓度及其沉降通量的变化情况,并对湿沉降中无机氮对厦门近海海水生态系统的影响进行讨论。结果表明,厦门市内和郊区雨水中NO_3^--N和NH_4^+-N的浓度均为春季较高,夏季较低;高浓度无机氮在一年中出现的时间段在两个区域有差别,这可能与这两个区域的季风转换和大气混合层高度变化有关。在2000～2014年,雨水中NO_3^--N的浓度在市内总体呈下降趋势,在郊区总体呈上升趋势;NH_4^+-N浓度的年变化规律不明显。湿沉降给厦门近岸海域带来的NO_3^--N和NH_4^+-N的量分别为1056 t/a和1278 t/a,低于该区域河流输入的无机氮的量的10%,说明湿沉降不是厦门近岸海域海水中无机氮的主要来源。通过比较厦门雨水和近岸海水中的营养盐情况,发现雨水的沉降可能会促进厦门近海部分区域海水中浮游植物的生长。     

近33年沧州海域围填海空间格局变化分析

利用1985—2018年6个时间段的Landsat TM、ETM、OLI遥感影像,使用面向对象的遥感提取方法,通过选取空间利用结构、开发利用程度、景观指数及质心转移分析了沧州市围填海空间格局变化特征。结果表明：33年间研究区内围填海活动剧烈,1985—2018年,沧州近岸海域新增围填海面积137.05 km²,围填用海规模随时间变化不断扩大。1985—2003年,围填海空间利用结构和类型经历了从以围填养殖用海为主到各类型围填用海兼备的演化过程。研究区内围填海强度逐渐上升,2018年围填海开发强度指数达到274.55。港口用海逐渐成为沧州近海海域围填海的主要类型,围海养殖用海次之。1985—2018年,沧州市围填海景观的聚集度指数与蔓延度指数均较高,平均聚集度指数高达99.4004,围填海景观分布具有较强的规律性。沧州市围填海质心不断向东南方向移动,说明沧州市围填海开发的重点区域逐步迁移至沧州南部海域。在当前围填海现状下,应注重后续围填海开发活动的合理规划和集约利用。