海洋流速儀[優(yōu)選材料]

1、中國科學(xué)院聲學(xué)研究所東海研究站（又名：中國科學(xué)院上海聲學(xué)實驗室），始建于1960年。目前，全站共5個研究室、1個信息處理與優(yōu)化控制研究中心。在全站100余名職工中，科技人員占有80余人，擁有10名研究員（含中國科學(xué)院院士1名，含國家級有突出貢獻(xiàn)中青年專家2名），副研究員和高級工程師3O名，中級研究人員30名。中國科學(xué)院聲學(xué)研究所東海研究站主要從事水聲工程、工業(yè)超聲和計算機(jī)控制等方面的應(yīng)用。站內(nèi)建有兩個高等級的實驗水池，擁有千噸級海洋科學(xué)考察船兩艘，配備有雙體實驗船的水庫試驗場一個，主辦核心期刊聲學(xué)技術(shù)雜志。中國科學(xué)院聲學(xué)研究所東海研究站出色地完成過許多國家級重大項目和高技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)項目。自19

2、78年來，共獲得省、部級以上科技成果70余項。其中獲國家級成果進(jìn)步獎5項，獲中國科學(xué)院及省部級一、二等科技成果進(jìn)步獎30余項，獲1988年第37屆布魯賽爾國際發(fā)明博覽會尤里卡金獎1項。經(jīng)上海市統(tǒng)計，東海研究站曾被列為上海地區(qū)所有科研院、所中人均成果獲獎率最高的單位。中國科學(xué)院聲學(xué)研究所東海研究站在工業(yè)超聲應(yīng)用領(lǐng)域所做的超聲波清洗、超聲波焊接、超聲波處理以及超聲波檢測的產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用研究取得了諸多成果，絕大多數(shù)填補(bǔ)了當(dāng)時的國內(nèi)空白，并達(dá)到了國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，特別是在石油化工、紡織、包裝等行業(yè)的超聲應(yīng)用產(chǎn)品占有了很大的市場份額并取得了良好的聲譽，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷海外，出口到德國、巴西、印尼、俄羅斯、

3、埃及、摩洛哥、越南和泰國等國家。中國科學(xué)院聲學(xué)研究所東海研究站具有雄厚的科學(xué)研究實力和開發(fā)、生產(chǎn)高科技新產(chǎn)品的能力。愿意承接國內(nèi)外各單位、各公司、各系統(tǒng)提出的各類任務(wù)；并竭誠愿與各界朋友進(jìn)行廣泛的多種形式的合作。海洋觀測流速波浪儀技術(shù)領(lǐng)域本實用新型涉及用于測量海流剖面流速、海面波浪數(shù)據(jù)、海水懸浮泥沙濃 度的海洋觀測流速波浪儀。背景技術(shù)海洋水體的運動及在海面發(fā)生的蒸汽交換是影響全球氣候變化和形成水旱 等自然災(zāi)害的最重要因素，所以必須不斷監(jiān)測海流的變化，以便隨時掌握自然 界的變化規(guī)律。油氣開發(fā)、建港、運輸，海底礦產(chǎn)開發(fā)等海洋資源開發(fā)活動也 需要掌握海流的長期變化規(guī)律，以降低工程造價，保障海上作業(yè)安

4、全。海流的 實時測量和預(yù)報是獲得海上各項活動重要資料的關(guān)鍵。海浪是一種重要的海洋波動現(xiàn)象，是海洋動力學(xué)重要組成部分之一，是海 水運動、海氣混合和小尺度海氣相互作用等研究中的重要環(huán)節(jié)。海浪的研究有 著廣泛的實際需求，從安全角度看，它和海上運輸、海洋石油、海洋漁業(yè)、海 洋工程和軍事活動等一切海上活動密切相關(guān)；從科學(xué)角度上看，它與海氣交換、 碳循環(huán)等重大科學(xué)研究項目關(guān)系緊密。為了安全、經(jīng)濟(jì)地開展海上工程建設(shè)， 如石油鉆井平臺，必須計算海浪對各種海上建筑物的作用力和分析深水結(jié)構(gòu)的 振動。海洋開發(fā)活動的增加，致使海洋污染加劇，同時由于森林的破壞，水土的 流失，江河又帶來大量的泥沙和污染物。在港工、航道、

5、水利及各類近岸海洋 工程的建設(shè)中，水中泥沙遷移和淤積是一個關(guān)系到工程成敗的關(guān)鍵問題。正確 掌握水中泥沙遷移和淤積的規(guī)律是有效開展綜合治理的前提。聲學(xué)方法是目前唯一能夠在不干擾流場的條件下連續(xù)、實時和長時間測量 不同水層的三維流速和流向，測量海面波浪的波高、周期及方向，測量水中懸 浮污染物的垂直分布及其隨時間的變化過程。目前，采用聲學(xué)方法對海流流速、 海面波浪、海水懸浮物進(jìn)行測量的分別有多普勒聲學(xué)流速剖面儀（ADCP）、聲 學(xué)波面跟蹤儀器或ADCP波浪固件、聲學(xué)后散射懸沙測量儀（ABS），各儀器分 別測量海水中的各物理量。由于聲學(xué)測量方法的需要，各儀器需要分開布置， 相互之間需要隔開一定距離，所

6、占用的體積就很大。另外，各儀器的外部通信 接口也不完全一樣，數(shù)據(jù)記錄及傳輸需要有專門的設(shè)備進(jìn)行處理，增加了處理 的難度及復(fù)雜度。發(fā)明內(nèi)容本實用新型解決的問題是需要多臺儀器組合測量海流剖面流速、海面波浪 數(shù)據(jù)、海水懸浮泥沙濃度的問題。為解決上述問題，本實用新型公開一種海洋觀測流速波浪儀，該波浪儀包 括發(fā)射機(jī)、一個第一換能器、至少三個第二換能器、接收機(jī)和信號處理器。所 述發(fā)射機(jī)產(chǎn)生用于測量懸浮泥沙濃度的第一發(fā)射信號和用于測量海水流速的第 二發(fā)射信號。所述第一換能器轉(zhuǎn)換所述第一發(fā)射信號為第一聲波信號，還接收 各水層反射該第一聲波信號而產(chǎn)生的第一回波信號。所述至少三個第二換能器 繞第一換能器均勻分布，

7、每一個第二換能器偏離所述第一換能器1030，轉(zhuǎn) 換所述第二發(fā)射信號為第二聲波信號，還接收各水層反射該第二聲波信號而產(chǎn) 生的第二回波信號。所述接收機(jī)放大所述第一回波信號或者第二回波信號。所 述信號處理器處理放大的第一回波信號而獲得懸浮泥沙的濃度，處理放大的第 二回波信號而獲得海水的流速和海浪數(shù)據(jù)。可選地，所述第一換能器朝豎直方向發(fā)射該第一聲波信號，所述第二換能 器的數(shù)量是三個且繞所述第一換能器均勻分布而與第一換能器呈120。可選地，所述第一換能器朝豎直方向發(fā)射該第一聲波信號，所述第二換能 器的數(shù)量是四個且繞所述第一換能器均勻分布而構(gòu)成Janus配置?？蛇x地，所述海洋觀測流速波浪儀還包括屏蔽板，該

8、屏蔽板設(shè)置在發(fā)射機(jī) 和接收機(jī)之間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：1、本實用新型包括第一換能器、至少三個第二換能器、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和 信號處理器，通過第一換能器和第二換能器分別發(fā)射第一聲波信號和第二聲波 信號，還接收第一聲波信號的第一回波信號以及第二聲波信號的第二回波信號， 并由接收機(jī)放大所述第一回波信號和第二回波信號后由信號處理器處理放大的 第一回波信號而獲得懸浮泥沙的濃度，處理放大的第二回波信號而獲得海面波 浪的波高、周期及方向和水流流速，集成了多普勒聲學(xué)流速剖面儀（ADCP）、 聲學(xué)后散射懸沙測量儀（ABS）、波浪計（WaveGauge）等儀器的功能，不需要 由多臺設(shè)備分別測量這

9、些參數(shù)，進(jìn)而，避免了多個儀器同時工作所占用體積大， 接口數(shù)據(jù)處理的繁瑣的問題。2、由于設(shè)置有屏蔽板，這樣，確保發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間不存在干擾，保證 測量精度。附圖說明圖1是第一實施方式的海洋觀測流速波浪儀的正視圖；圖2是圖1所示的海洋觀測流速波浪儀的俯視圖；圖3是第二實施方式的海洋觀測流速波浪儀的俯視圖。具體實施方式為詳細(xì)說明本實用新型的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，下面 將結(jié)合實施例并配合附圖予以詳細(xì)說明。請參閱圖1和圖2，第一實施方式的海洋觀測流速波浪儀包括發(fā)射機(jī)1、一 個第一換能器2、四個第二換能器3、接收機(jī)4和信號處理器5。所述發(fā)射機(jī)1 安裝于不銹鋼殼體6上，產(chǎn)生用于測量懸浮泥沙

10、濃度的第一發(fā)射信號和用于測 量海水流速的第二發(fā)射信號。所述第一發(fā)射信號和第二發(fā)射信號在本實施方式 中是電壓信號。所述第一換能器2安裝于位于所述不銹鋼殼體6上的換能器頭7 上，（不銹鋼殼體6和換能器頭7構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)）轉(zhuǎn)換所述第一發(fā)射信號為第一 聲波信號，并朝豎直方向發(fā)射該第一聲波信號。在本實施方式中，該第一聲波 信號是500kHz的正弦脈沖信號。由于第一換能器2發(fā)射的第一聲波信號在豎直 方向傳播，所以，本實用新型的流速波浪儀在豎直方向上不能有物體的遮擋， 當(dāng)所述第一聲波信號豎直向上發(fā)射時，豎直方向上不能有物體遮擋。所述第一 聲波信號用于測量懸浮泥沙的濃度，而懸浮泥沙濃度不僅與回波強(qiáng)度有關(guān)，也 與

11、現(xiàn)場泥沙直徑的大小有關(guān)，所以要獲取懸浮泥沙濃度，必須進(jìn)行現(xiàn)場泥沙直 徑的標(biāo)定。在發(fā)射所述第一聲波信號結(jié)束后，第一換能器2接收各水層反射該 第一聲波信號而產(chǎn)生的第一回波信號。所述接收機(jī)4放大第一回波信號。所述 信號處理器5處理放大的第一回波信號而獲得懸浮泥沙的濃度，信號處理器5 處理放大的第一回波信號可以采用現(xiàn)有技術(shù)，這樣的現(xiàn)有技術(shù)可以是：先對放 大的第一回波信號進(jìn)行采樣，然后，由回波強(qiáng)度與懸浮泥沙濃度的對應(yīng)關(guān)系， 再通過現(xiàn)場標(biāo)定，就能獲取各水層懸浮泥沙濃度。請繼續(xù)參閱圖1和圖2，所述第二換能器3繞第一換能器2均勻分布而構(gòu)成 Janus配置，這樣，四個第二換能器3的第二聲波信號在水平面內(nèi)的投影互

12、成90 。每一個第二換能器3偏離所述第一換能器2的角度是1030，比如10、 11、13、15、16、18、20、22、24、25、27、29或者30，每一個第二 換能器3轉(zhuǎn)換所述第二發(fā)射信號為第二聲波信號，并向海面發(fā)射第二聲波信號， 在本實施方式中，是發(fā)射300kHz由偽隨機(jī)碼調(diào)制的正弦脈沖信號，發(fā)射結(jié)束后， 再接收由不同水層散射的第二回波信號。所述接收機(jī)4放大該第二回波信號。 所述信號處理器5對該放大的第二回波信號進(jìn)行復(fù)協(xié)方差運算，獲取不同水層 的多普勒頻偏，得到不同水層的水流流速；接著，通過四個第二換能器3的四 個波束的回波時間或各層水流的流速，由表面跟蹤法或流速單元矩陣法就可以 獲取海

13、浪數(shù)據(jù)，海浪數(shù)據(jù)包括海面波浪的波高、周期及方向。綜上所述，本實用新型通過一臺設(shè)備即可獲得海面波浪的波高、周期及方 向、水流流速和懸浮泥沙濃度，所以，該海洋觀測流速波浪儀集成了多普勒聲 學(xué)流速剖面儀（ADCP）、聲學(xué)后散射懸沙測量儀（ABS）、波浪計（WaveGauge） 等儀器的功能，不需要由多臺設(shè)備分別測量這些參數(shù)，進(jìn)而，避免了多個儀器 同時工作所占用體積大，接口數(shù)據(jù)處理的繁瑣的問題。請繼續(xù)參閱圖1，本實用新型的海洋觀測流速波浪儀還包括屏蔽板8、電池 包9和電源處理器10，該屏蔽板8設(shè)置在發(fā)射機(jī)1和接收機(jī)4之間而將發(fā)射機(jī) 1和接收機(jī)4隔開，這樣，由于屏蔽板8的屏蔽作用，發(fā)射機(jī)1與接收機(jī)4之間 不存在干擾而確保測量的精度。所述電池包9為本實用新型海浪儀的電源。所 述電源處理器10可以調(diào)整電池包9的輸出電壓，進(jìn)而，發(fā)射機(jī)1可以產(chǎn)生不同 幅度的第一發(fā)射信號和第二發(fā)射信號。請參閱圖3，本實用新型還公開另一種海洋觀測流速波浪儀，該波浪儀與第 一實施方式的波浪儀相比：第二換能器3的數(shù)量是三個，繞所述第一換能器2 均勻分布