[发明专利]基于激光光束光强分析海洋湍流和颗粒感知方法及装置

权利要求书

1.基于激光光束光强分析海洋湍流和颗粒感知装置，其特征在于包括：防水封装外壳(1)、第一防水透光窗口(2)、第二防水透光窗口(2-1)、连续型激光器(3)、光纤-空间光耦合器(4)、滤波片(5)、空间光-光纤耦合器(6)、光电探测器(8)、控制分析系统(9)、信号共电缆(10)和流速传感器(12)；

激光由所述连续型激光器(3)发出，经过单模光纤和光纤-空间光耦合器(4)形成空间光，空间光经过第一防水透光窗口(2)进入待测水体，随后依次通过第二防水透光窗口(2-1)、滤波片(5)和空间光-光纤耦合器(6)，经过空间光-光纤耦合器(6)耦合进单模光纤,并传输至光电探测器(8)，光电探测器(8)将光强信号转换为电信号发送给控制分析系统(9)；

所述控制分析系统(9)用于分析、处理和存储光电探测器(8)发送的光强信号和流速传感器(12)发送的流速数据。

2.根据权利要求1所述的基于激光光束光强分析海洋湍流和颗粒感知装置，其特征在于：还包括电缆接口(11)，所述控制分析系统(9)通过电缆接口(11)与外部设备连接。

3.根据权利要求1所述的基于激光光束光强分析海洋湍流和颗粒感知装置，其特征在于：所述第一防水透光窗口(2)、第二防水透光窗口(2-1)、连续型激光器(3)、光纤-空间光耦合器(4)、滤波片(5)、空间光-光纤耦合器(6)和光电探测器(8)的工作波长与连续型激光器(3)的工作波长一致。

4.根据权利要求3所述的基于激光光束光强分析海洋湍流和颗粒感知装置，其特征在于：所述连续型激光器(3)的波长在可见光波段，波长为532nm。

5.根据权利要求1所述的基于激光光束光强分析海洋湍流和颗粒感知装置，其特征在于：所述单模光纤(7)中设有光纤隔离器。

6.根据权利要求1所述的基于激光光束光强分析海洋湍流和颗粒感知装置，其特征在于：所述光电探测器(8)的采样频率不低于50Hz。

7.一种根据权利要求1所述装置的海洋湍流和颗粒感知方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、将装置投放入待测水域，控制分析系统(9)通过光电探测器(8)采集一段时序电信号I(t)，同时通过流速传感器(12)采集同一时段的流速信号V(t)，采集时长T满足t₀为该段信号的采集起始时间，dt为对流速信号在时间坐标上进行积分的微元表示；

步骤二、控制分析系统(9)对I(t)执行初级滤波：若控制分析系统(9)为光电探测器8和连续型激光器3提供频率为f₀的交流电，则控制分析系统(9)滤去I(t)中的频率为f₀及其倍频nf₀的信号成分，n＝1,2,3…，滤波后得到信号I₁(t)；若控制分析系统(9)为光电探测器(8)和连续型激光器(3)提供直流电，则不执行初级滤波，即I₁(t)＝I(t)；

步骤三、控制分析系统(9)对步骤二所得I₁(t)执行坐标变换：结合I₁(t)和流速信号V(t)，得到数据I₂(x)，其中I₂(x)＝I₁(τ)，τ为V(t)信号上各采样点的时间坐标值，即采样点上t的取值；

步骤四、控制分析系统(9)对步骤三所得I₂(x)执行傅里叶变换，得到频谱G_I(f)；

步骤五、控制分析系统(9)依据装置参数设定分析参数：装置摄入水体的光束直径为d，光束在水体中的传输距离为L，则分析参数设定为f₁＝0.8BdL+200，其中B为人工设定的所需感知到的最低颗粒物密度，B的取值根据实际使用需求设定；

步骤六、控制分析系统(9)计算湍流场感知指标颗粒物感知指标其中F取值为信号I(t)采样频率的一半，df为对频谱G_I(f)在频率坐标上进行积分的微元表示。