New formula of local scour depth of the near-shore sand waves covcred areas: Sutong Bridge

利用多波束水深仪、浅地层剖面仪和多普勒流速仪对长江口苏通大桥南、北主墩区域现场测量,结果显示主墩周围最大冲刷深度为8.3m和19.6m.建墩前后河床形态变化显著,建墩后桥墩所在床面由平床改变为典型不对称沙波发育,平均波长为30.8m和23.1m,平均波高为4.2m和9.4m,陡坡朝向下游.基于实测水文条件和地形资料,以沙波起动流速和落急最大流速分别取代单向流作用下“平床”假定的桥墩局部冲刷计算公式中单颗粒泥沙的起动流速和墩前流速,获得河口涨落潮双向流作用下沙波底床桥墩局部冲刷计算公式.且该公式计算的苏通大桥南、北主墩局部冲刷深度为9.5m和22.1m,非常接近实测值.     

基于三维相空间法和稳健估算法的ADV流速数据后置处理效果研究

水流是影响藤壶、牡蛎、藻类等水生生物能否成功附着在渔业装备上的重要环境因素,水体流速的变化会改变藻类新陈代谢过程,制约藤壶与牡蛎幼虫大面积扩散。流速测量数据的准确性对研究渔业装备上附着生物的附着机制起到至关重要的作用。声学多普勒流速仪(ADV)是测量水体流速的重要设备。然而,水体中的气泡、大颗粒悬浮物等因素会影响ADV的相关系数和信噪比,从而导致流速数据中产生野点,降低了数据的准确性。本文基于国内外主流算法稳健估算法与三维相空间法,以ADV实际测量的流速数据为例,对比研究两种后置处理方法的检测效果。结果显示,稳健估算法平均检出率为4.95%,峰度系数平均下降77.71%,三维相空间法平均检出率为14.60%,峰度系数平均下降84.05%。综合分析,三维相空间法处理效果较好,其检测准确性高于稳健估算法,但存在过处理现象。建议在处理野点含量低于5%的数据时选用相空间法,而对于野点偏离样本平均值较远的数据时,可以选用稳健估算法。本文对减小流速数据误差,为准确定量研究水流对渔业装备附着生物的附着量与种类影响有着重要的意义。     

声学多普勒流速剖面仪原理及其在长江中下游的应用

介绍了声学多普勒流速剖面仪(ADP)的原理及2002年5-6月在长江中下游的应用。测量采用走航方式,获得了重庆至江阴水域和徐六泾段流速剖面大范围观测资料,对测量结果和数据处理方法做了探讨,给在复杂地形的水文条件下使用ADP技术提供了应用前景。     

长江口沙波分布区桥墩局部冲刷深度计算公式的改进

利用多波束水深仪、浅地层剖面仪和多普勒流速仪对长江口苏通大桥南、北主墩区域现场测量,结果显示主墩周围最大冲刷深度为8.3 m和19.6 m。建墩前后河床形态变化显著,建墩后桥墩所在床面由平床改变为典型不对称沙波发育,平均波长为30.8 m和23.1 m,平均波高为4.2 m和9.4 m,陡坡朝向下游。基于实测水文条件和地形资料,以沙波起动流速和落急最大流速分别取代单向流作用下"平床"假定的桥墩局部冲刷计算公式中单颗粒泥沙的起动流速和墩前流速,获得河口涨落潮双向流作用下沙波底床桥墩局部冲刷计算公式。且该公式计算的苏通大桥南、北主墩局部冲刷深度为9.5 m和22.1 m,非常接近实测值。     

基于水平轴海流能发电系统的海流流速神经网络软测量

为了解决海流能发电系统中,有效海流流速难以测量的问题,提出将水平轴海流能发电系统当成一个大型流速仪,用于海流流速的软测量研究。分析了水平轴海流能发电系统的工作原理和运行过程,建立了基于BP人工神经网络的软测量数学模型。将叶轮机转速,发电机输出功率和占空比信号作为输入变量,将海流流速作为输出变量。仿真结果表明,所建立的BP神经网络是海流流速软测量的有效方法,能较好地跟踪有效海流流速的变化趋势,并具有较高的估计精度。     

河口湍流数据现场采集和后处理

利用声学多普勒流速仪ADV,在珠江河口崖门底边界进行了一个潮周期的湍流观测,并选取了急流和憩流两个典型时刻对数据进行后处理分析.后处理方法包括信号检查、过滤和去噪,每个步骤都包含无效数据的剔除和替换.结果表明,后处理对平均流速影响不大,但会显著改变脉动流速统计分布特性.对于河口非定常流动,未经处理的原始数据不适宜用于分析湍流特征量.     

超声多普勒测量海底渗漏气泡流速的实验研究

海底渗漏气泡流速是测量海底冷泉渗漏气体流量的主要参数。为了测量海底渗漏气泡流速,利用超声多普勒测量的原理和气泡的二次多普勒效应,提出海底渗漏气泡速度的超声多普勒测量方法。超声多普勒测量根据超声多普勒原理设计了气泡流量测量装置,通过多普勒频移算出海底渗漏气泡流速,同时用视频法测出海底渗漏气泡流速。从多普勒法和视频法的气泡速度数据t分布95%的置信水平误差可知,视频法的气泡速度数据的波动大于多普勒法的气泡速度数据的波动,表明了超声多普勒测量海底渗漏气泡流速的有效性和准确性,优于视频法测量海底渗漏气泡流速。     

基于CR1000 的海洋剖面测量平台双重数据系统设计

为新型海洋剖面测量平台设计了一种基于CR1000数据采集仪的数据存储安全和数据读取方便的双重数据系统.第一重数据,分散存储于自容式传感器,传感器的上位机软件通过CR1000来读取;第二重数据,集中存储在CR1000的数据扩展模块中,通过海洋剖面测量平台的上位机软件直接读取.实验结果表明,该存储方案可有效地实现采样数据的存储和读取,从而最大限度地保证了新型海洋剖面测量平台的数据安全.     

结合有人和无人驾驶船观测以及长期定点观测计算寒潮过境引起的海水输运

高分辨率的数据对于理解近海的复杂过程以及制定有效的管理措施日益重要,特别是考虑到恶劣气象的长期效应。这种长期效应的积累可以与潮汐的长期效应一样重要。本文讨论的即是一个大气锋面过境的过程对于Vermilion Bay水输运的影响。我们的研究采用了有人船和自制的无人船作为载具来测量流速剖面。这种自制无人船造价低廉、简单实用、可控性好,可以做比有人船更精确的测量。我们采用安装在这些观测载具上的多普勒流速剖面仪在一个潮周期内反复对流速的横向和垂向断面的水通量做高分辨率的精准测量,然后与一个定点的多普勒流速剖面仪的流速做相关分析得出相关系数。利用所求相关系数把水通量的计算扩展到总共717天的定点观测时间段,以此讨论在这个期间最强的一次大气寒潮过境时产生的水输运并阐述此类过程的重要性。     

循环水槽检定RCM4安德拉海流计流速传感器的几个问题

简述了循环水槽的结构和技术指标，论述了循环水槽的技术指标能满足检定ＲＣＭ４安德第流计流速传感器的技术要求。检定资料的采集和检定数据的处理方法，最后对使用中的ＲＣＭ４海流计流速传感器检定和循环水槽的性能改造提出了几点建议。     

Extending the versatility of the Bullard heat probe

A versatile probe for simultaneous studies of heat flow and near-bottom water parameters has evolved through modifications of the Bullard heat probe frame. Suitable sensor arrays have been used with this instrument to study (1) heat flow through the ocean floor, (2) water column temperature structure, (3) near-bottom current speeds, and (4) the differential cooling of water-column temperature sensors placed in a current speed gradient.Some of the advantages of such a modified Bullard probe are: (1) several parameters, including heat flow, can be measured across the sediment-water interface simultaneously, (2) the instrument frame is rigidly pinned to the ocean floor during measurement, permitting true Eulerian measurement in the water column with no effects of ship movement, swaying moorings or cable oscillation, and (3) the device is inexpensive and simple.     

传感器测量衰减下的水下目标纯方位跟踪算法

为解决多传感器水下目标纯方位跟踪中的传感器测量衰减问题,建立水下目标静态多传感器纯方位跟踪模型,将传感器测量衰减建模为统计特性已知的随机变量,基于融合中心接收到的各水声传感器的原始测量值,设计了一种集中式状态估计器结构,利用最小方差方法推导出最优的集中式目标状态估计增益。通过算例仿真可以得出,所提出的算法能够在水声传感器不做机动的前提下跟踪目标,弥补了单个水声传感器观测性不足的缺点,对比传统的集中式Kalman估计器,具有更高的精度,能够有效解决传感器测量衰减问题。     

具有运动补偿高精度海洋气象多参数模拟仪的研制

针对船舶气象仪的综合检查过程中检测周期长、人工排查效率低以及传统的自动气象站传感器信号模拟器的模拟精度低,没有相关运动补偿算法导致此类系统不适应海洋船舶应用环境的问题,对气象要素传感器的高精度信号采样电路、信号输出、软件滤波和运动补偿等方面进行了研究。通过分析传感器和船舶气象仪的原理,设计了各个气象参数的采样电路、信号模拟电路、触摸屏、GPS和电子罗盘采样与模拟电路,并在近海测试过程中进行了运动补偿模型测试,并基于STM32微控制器进行了该仪器的系统检测实验。研究测试结果表明：该系统具有低功耗、高可靠性、高精度的特点,能应用于海上环境,同时具有对船舶实时定位、气象要素实时模拟和采集、运动补偿多项功能。并且本系统精度在运动补偿后,系统测量方差为0.019 3 m/s,精度提高至接近真实值,均符合《海洋调查规范第3部分：海洋气象观测》的标准。     

海水低浓度负二价硫传感器现场测量关键技术研究

通过对传感器敏感探头参比电极盐桥的改进,并在信号转换电路中引入锁相放大技术,使传感器整体性能提高,解决了海水负二价硫(S2-)低浓度(10-4～10-7mol/L)情况下的现场测量关键技术。     

七电极电导率传感器结构分析及优化

为了提高七电极电导率传感器的测量性能,本实验对七电极电导池的结构进行了分析及优化.结合电极式电导率传感器的测量原理与热惯性理论,分析影响传感器测量性能的因素以及壳体外形对测量结果带来的影响.通过有限元分析对结构优化前后的性能进行仿真验证.数据结果表明,结构优化后的电导池内最大流速的增量增加了43.66％,灵敏度与结构优...     

基于最小二乘法与RBF神经网络的溶解氧检测系统设计

为克服温度对溶解氧传感器的影响,对极谱型溶解氧检测系统的溶解氧电极激励源、高精度信号采样、软件标定和温度补偿等方面进行研究。通过对极谱型溶解氧传感器工作原理进行分析,设计了极谱型溶解氧传感器检测电路;根据溶解氧电极的温度特性,设计了基于NTC（负温度系数）热敏电阻的硬件温度补偿电路,并利用最小二乘法及RBF神经网络构建了软件温度补偿模型。利用饱和蒸馏水进行温度补偿实验,结果表明：经温度补偿后,该溶解氧检测系统的相对误差及采样波动均在1%以内,大大减小了传感器的非线性误差,测量精度和稳定性均可满足应用要求。     

The complex dielectric constant of snow at microwave frequencies

The complex dielectric constant of snow has been measured at microwave frequencies. New and old snow at different stages of metamorphosis have been studied. The results indicate that the complex dielectric constant is practically independent of the structure of snow. For dry snow, the dielectric constant is determined by the density. For wet snow, the imaginary part and the increase of the real part due to liquid water have the same volumetric wetness dependence. The frequency dependence of the complex dielectric constant of wet snow is the same as that of water. A nomograph for determining the density and wetness of wet snow from its dielectric constant is given. A snow sensor for field measurement of the dielectric constant has been developed. It can be used for determining the density and the wetness of snow by a single measurement.     

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。     

机械式海流计的电子电路设计与研发

目前业内普遍使用的机械式海流计功耗大,连续工作时间短,姿态测量精度较低,体积较大,存储容量较小,维护复杂,在需要长时间进行海洋观测使用时十分不便。针对这一实际问题,为提高海流计的性能,设计以STM32f103ZE处理器为核心,运用现代锂离子电池技术,存储技术,传感器技术,无线充电技术,无线通信技术,对机械式海流计电子电路进行了重新设计。样机测试结果表明:该设计功耗低,流向精度高,维护简单且可长时间在水下稳定工作,完全满足各种海洋作业中海流测量需求,具有很大的实用价值。     

Error analysis of an acoustic current meter

Accuracies of the benthic acoustic stress sensor (BASS) and the proposed modular acoustic velocity sensor (MAVS) are evaluated. A simple model of the hydrodynamic sources of error for acoustic current meters is presented and compared with the measured performance of BASS in a tow-tank and in field deployments. The sources of error addressed include those due to ideal flow around the sensor cage, wake effects from the support structure and transducers, vortex shedding from the cage, and electronic zero-point offsets. Electronic error dominates at velocities less than 5-10 cm/s, while flow disturbance dominates at higher speeds