[发明专利]光纤光栅海流探测传感器及海流探测系统

说明书

本发明公开了一种光纤光栅海流探测传感器及海流探测系统，涉及海流测量技术领域，其包括两传感光纤、第一连接光纤、水平设置的整流板和压力感应筒；压力感应筒的两端开口处分别连接有喇叭状的汇流口，压力感应筒外设置有壳体，该壳体与两汇流口密封连接；整流板沿轴向设置在压力感应筒内；两传感光纤分别环绕设置在压力感应筒的两端，且两传感光纤上都串联有若干光纤光栅传感器，各光纤光栅传感器都密贴于压力感应筒的外壁；第一连接光纤的一端穿入壳体，通过单模光纤分别与两传感光纤的输入端和输出端连接。

技术领域

本发明涉及海流测量技术领域，具体来讲是一种光纤光栅海流探测传感器及海流探测系统。

背景技术

海流测量包括流速大小和流向测量。目前常见的测量方法有浮标漂流物测流法、定点测流法和走航式测流法三种。浮标漂流物测流法是指浮标随海流一起运动，记录下浮标的位置和时间，来计算海流流速。在早期是利用船只和等设备对船进行定位，来测定浮标的位置，后来用雷达与航空摄影等方法，提高了浮标位置定位精度定点测流法是将海流测量仪器安装在固定的船只、浮标或者海洋平台上，从而对海洋中某一位置的海流进行测量。但是，安装载体随海风浪的运动可能对测量结果产生影响。走航式测流法是指安装测量仪器的载体可以在航行的同时测量海流，节省时间。这种测流方法主要利用声学多普勒海流剖面仪，与艏艉线安装夹角的准确度要求很高，一般在以内，所以一般要对船体的纵横摇摆进行角度补偿。

测量海流最方便可靠的是各种不同类型的海流计，海流计是海洋流速观测中最常用的仪器。海流计根据其工作原理可分为机械式海流计、电磁式海流计、声学多普勒海流剖面仪、热丝式海流计和粒子图像测速仪等。

机械式海流计主要是利用海流带动机械转子旋转来测量流速的。按照测量结果的输出的不同形式主要有直读式海流计、厄克曼海流计、照相型海流计、印刷型海流计和磁录式海流计等。其基本原理都是利用水流带动转子旋转，通过测量转子的速度来获得水流的速度。水流方向一般由尾舵或者磁性元件测量。

多普勒海流计即声学多普勒流速剖面仪是二十世纪八十年代初发展起来的一种新型海流计。它是基于多普勒效应测量流速。声学多普勒海流计用声波换能器作为传感器，换能器发出声波，通过水体中不均匀分布的粒子物质反散射，再由换能器接受反射声波，计算多普勒频移而换算出流速。

热丝式海流计是利用放置在海水中加热的金属丝来测量流速，将金属丝接通一定电流，金属丝的温度变化与流速构成一定数量关系，利用温度下降和流速的关系来测量流速，此原理亦用于风速传感器。早期发明的热线热膜式流速传感器，至今己有多年的历史。热丝式海流计属于接触式测量仪，同时海水对加热的金属丝腐烛较大会对流场的测量产生一定的影响。

粒子图像测速仪是通过拍摄并测量海流中跟随流体运动的粒子速度来测量流度。可在某个瞬间记录一个平面内所有粒子的流动信息，通过对多个瞬时流场的对比可用于非稳定流动过程，具有分辨率高、获取信息量大、不干扰被测流场和可以连续测量等优势。但是在深海中示踪粒子的释放和照相技术的应用受到局限。

目前技术产品的缺点主要表现以下几个方面。

机械海流计的特点是价格低廉，制造技术十分成熟，功耗低，但是其缺点也十分明显：转子的轴承存在摩擦，流速较小的海流不能推动转子旋转，存在启动流速，无法测量较小的海底流速，测量范围小。流向的测量误差较大，一般没有数据处理功能。电磁式海流计工作原理是根据法拉第电磁感应定律，将海水作为导体切割磁感线形成一定的电动势来测量流速大小。电磁式海流计按磁场的形成可分为人工磁场电磁式海流计和地磁场海流计。电磁海流计可测瞬变流速和流向，对流场影响较小，但易受附近磁场影响。和传统机械式海流计相比较，具有机械摩擦小、启动流速低、寿命长等优点。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种光纤光栅海流探测传感器及海流探测系统，实现了对深海洋流流速、流向的测量。