[发明专利]二维矢量流速传感器

说明书

技术领域

本发明属于海洋探测技术领域，具体涉及一种二维矢量流速传感器。

背景技术

海流是海水运动的基本形式，了解和掌握海流的分布规律和流向、流速变化情况，对海上活动具有重要影响。海流能影响舰/潜艇的航向和航速，在较大横流的情况下，舰艇会偏离预定航线，特别是狭窄复杂航道上航行或通过水雷障碍物时，舰位一旦偏离，容易发生航海事故或触发布放的水雷。了解和掌握海流可以利用顺流节约燃料，避免逆流影响航行时间，甚至贻误战机。海流对潜艇航行和作战的影响更不容忽视，潜艇水下航行、待机和进入水下发射阵地，以及利用海流进行攻击和防御等，都需要准确掌握海流的流向和流速。另外，海流对海洋能量和物质传输具有重要作用，能使各地海水温度、盐度、水生物等发生变化，典型的大洋上层环流、垂直环流和大洋深层环流对海洋上空及沿岸天气、气候产生较大影响。

海流又称海流速度矢量，包含流速(大小)和流向(方向)两个参量。流速定义为单位时间内海水流动的距离，流向定义为海水流去的方向，水平方向以北向为0度基准，顺时针计量。世界范围内成熟的海流测量解决方案通常由美国sippican公司和日本TSK公司提供，均对我方实行技术封锁。

目前，国内公开资料很少。张启升、邓明、刘宁、孔银鸽、关善亮等作者共同在地球物理学报第56卷第11期发表论文的《抛弃式海流电场剖面仪研制》，公开了采用地磁场作为激发场源的技术方案。使用地磁场作为激发场源，原理为探头下沉过程中以16r/s的转速旋转，导电流体(海水、淡水等)在地磁场中流动在一对电极上感应出的感应电动势，通过对电动势进行信号处理和算法计算海流流速和方向。申请人认为，该方法存在以下关键缺点：

1、地磁场及其微弱，大小为50-60uT，电极上感应的信号幅度仅为nV级别，很容易受到干扰噪声干扰，后期信号处理和放大存在困难。

2、由于地磁场不均匀，各地磁场大小将对测量结果产生影响，且不容易校正，赤道处无法测量。

3、下降过程旋转速度造成较大误差，使用探头尾部的旋翼产生16转/s的旋转。上述论文指出，电极信号的频率、幅度与探头机械结构、探头重量、线圈属性、探头的下沉速度和旋转频率存在一定关系。因此，上述各量的变化均会引发海流测量结果的变化。

4、仅适用于测量相对流速，无法测量绝对流速。

发明内容

本发明针对现有技术的状况，针对上述状况，提供一种二维矢量流速传感器。

本发明采用以下技术方案，所述二维矢量流速传感器包括第一磁极和第二磁极，还包括第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，其中：

所述第二电极、第四电极和导电流体形成第一电极回路，所述第一电极、第三电极和导电流体形成第二电极回路；

所述第一至第四电极同时竖直设置，所述第一至第四电极的两端端部分别与第一磁极和第二磁极固定连接；

所述第一电极回路所在平面与第二电极回路所在平面相互交叉形成夹角α。

根据上述技术方案，上述夹角α为90°。

根据上述技术方案，上述第一磁极和第二磁极均呈圆柱状。

根据上述技术方案，上述第一磁极和第二磁极之间的间距为D2，第一磁极和第二磁极的直径均为D1，D1和D2一致。

本发明公开的二维矢量流速传感器，其有益效果在于,采用恒定磁场(永磁体或其他电生磁场的励磁装置)代替地磁场，磁体产生的磁场可达0.1T，是地磁场的2000倍，使电极上由电磁感应定律感应电动势达到最低几十微伏，最高十几毫伏级别，极大方便信号的处理；采用2对电极间隔90度正交排列方式获取水平流场中的速度矢量，将导电流体的流速进行矢量分解，每对电极上感应电动势是流速的一个分量，可以方便地通过法拉第电磁感应定律和矢量幅值、幅角等计算方法计算流速的大小和方向。

附图说明

图1是本发明优选实施例的原理示意图。

图2是图1中二维方向的原理示意图。

图3是图2的矢量分解示意图。

图4是本发明优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种二维矢量流速传感器，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。

参见附图的图1至图4，图1至图3分别示出了所述二维矢量流速传感器的测量原理，图4示出了所述二维矢量流速传感器的具体结构。