[發(fā)明專利]一種往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410252441.0
• 申請(qǐng)日: 2014-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN103994757A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田紀(jì)偉;宋大雷;趙瑋;徐銘;楊慶軒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C13/00
• 分類號(hào): G01C13/00
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司 37205
• 代理人: 陳海濱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋探測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種能夠進(jìn)行全方位海洋探測(cè)的儀器，特別是一種往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀。

背景技術(shù)

人類對(duì)海洋的認(rèn)知和探索最早可以追溯到公元前3世紀(jì)，之后相繼經(jīng)歷了純商貿(mào)、探險(xiǎn)航行，融合科學(xué)意味的航行，和基于現(xiàn)代科技的純科學(xué)考察三個(gè)過程。海洋學(xué)是一門以觀測(cè)為基礎(chǔ)的科學(xué)，海洋認(rèn)識(shí)的每一次飛躍無不是建立在新的觀測(cè)方式和測(cè)量?jī)x器的問世基礎(chǔ)上。回顧海洋觀測(cè)史，聲學(xué)多普勒海流計(jì)的問世使得人們掌握了全球大尺度的環(huán)流結(jié)構(gòu)，溫鹽深剖面儀的出現(xiàn)使得人們清楚了整個(gè)海洋大尺度的水團(tuán)形成及轉(zhuǎn)換，各種衛(wèi)星高度計(jì)的發(fā)射升空使得人們對(duì)海洋中的中小尺度過程，如中尺度渦、內(nèi)波等在空間結(jié)構(gòu)、時(shí)間演變等方面有了初步的認(rèn)識(shí)。

海洋學(xué)的研究在大尺度及中尺度過程方面已經(jīng)取得較大進(jìn)展，而在微尺度方面的科學(xué)研究才剛剛開始。近年來，高頻采樣的剪切、溫度、電導(dǎo)率探頭相繼研制成功，使得針對(duì)海洋微尺度的研究拉開帷幕。目前，海洋微結(jié)構(gòu)的測(cè)量方式主要有兩種：錨系定點(diǎn)測(cè)量和船載垂向剖面測(cè)量。錨系定點(diǎn)測(cè)量只能對(duì)海洋某一固定位置特定深度處進(jìn)行測(cè)量，可以獲得較好的時(shí)間序列觀測(cè)，無法獲得海洋微結(jié)構(gòu)的垂向結(jié)構(gòu)特征。船載垂向剖面測(cè)量依靠調(diào)查船完成由海表至某一深度處的海洋微結(jié)構(gòu)測(cè)量，但無法獲得海洋微結(jié)構(gòu)的時(shí)間變異特征，且受海況及現(xiàn)場(chǎng)操作復(fù)雜等不利因素限制。對(duì)于海洋微結(jié)構(gòu)的研究，時(shí)間變異和空間結(jié)構(gòu)是刻畫其特點(diǎn)的重要參量，基于此，發(fā)展同時(shí)獲得垂向空間結(jié)構(gòu)及時(shí)間變化的海洋微結(jié)構(gòu)觀測(cè)儀器亟待解決。

對(duì)于海洋微結(jié)構(gòu)的描述或者研究，湍動(dòng)能耗散率是一個(gè)重要的物理量，它表征湍流能量耗散強(qiáng)度。因此，對(duì)于它的直接、準(zhǔn)確的測(cè)量對(duì)于研究湍流能量的傳遞及耗散具有重要意義。近些年，利用高頻采樣的剪切探頭已經(jīng)能夠較準(zhǔn)確地測(cè)量湍動(dòng)能耗散率，但是它的應(yīng)用或者是基于錨系定點(diǎn)測(cè)量，或者是船載垂向剖面測(cè)量，一直未能實(shí)現(xiàn)兩者的融合。可見，為了突破海洋微結(jié)構(gòu)觀測(cè)的此類瓶頸，創(chuàng)新觀測(cè)方式及平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高頻采樣的剪切探頭在兩個(gè)平臺(tái)的有機(jī)融合，意義重大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出了一種在海域內(nèi)固定縱穿鋼纜，且采用對(duì)稱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，還通過剪切探頭的直接檢測(cè)，達(dá)到湍動(dòng)能耗散率的長(zhǎng)期連續(xù)剖面觀測(cè)的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀。

本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀，包括第一剖面儀子單元、第二剖面儀子單元及中央立架，兩個(gè)剖面儀子單元一左一右固定在中央立架上，在中央立架的中軸線上設(shè)置有用以供鋼纜與中央立架連接的鋼纜穿經(jīng)孔，鋼纜通過鋼纜穿經(jīng)孔縱向貫穿于中央立架，中央立架能沿鋼纜上、下滑移，在鋼纜上設(shè)置有用于限制中央立架滑移距離的上限位部與下限位部，第一剖面儀子單元從上至下依次設(shè)置有第一浮力驅(qū)動(dòng)部與第一觀測(cè)部，第一浮力驅(qū)動(dòng)部從上至下依次設(shè)置有浮漂艙、驅(qū)動(dòng)艙與耐壓艙，在浮漂艙內(nèi)設(shè)置有上方油囊，在耐壓艙內(nèi)設(shè)置有下方油囊，在驅(qū)動(dòng)艙內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥，驅(qū)動(dòng)泵組件通過出油管路連通上方油囊與下方油囊，電磁閥通過回油管路連通上方油囊與下方油囊，第一觀測(cè)部電連接有控制器，控制器電連接驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥；第二剖面儀子單元從上至下依次設(shè)置有第二浮力驅(qū)動(dòng)部與第二觀測(cè)部，第二浮力驅(qū)動(dòng)部從上至下依次設(shè)置有浮漂艙、驅(qū)動(dòng)艙與耐壓艙，在浮漂艙內(nèi)設(shè)置有上方油囊，在耐壓艙內(nèi)設(shè)置有下方油囊，在驅(qū)動(dòng)艙內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥，驅(qū)動(dòng)泵組件通過出油管路連通上方油囊與下方油囊，電磁閥通過回油管路連通上方油囊與下方油囊，第二觀測(cè)部電連接有控制器，控制器電連接驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥。

本往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中，可使鋼纜縱穿于任意海域中，且整體剖面儀沿鋼纜在水深800m-2500m的范圍內(nèi)作升降移動(dòng)。通過控制系統(tǒng)控制第一剖面儀子單元及第二剖面儀子單元的下方油囊向上方油囊內(nèi)輸入油量，以使上方油囊的體積增大，從而減小浮漂艙內(nèi)的密度，驅(qū)使剖面儀沿鋼纜滑動(dòng)上升；當(dāng)控制上方油囊向下方油囊中回流油量時(shí)，致使上方油囊的體積變小，從而增大浮漂艙的密度，導(dǎo)致剖面儀沿鋼纜滑動(dòng)下降。在往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀的上升下降過程中實(shí)現(xiàn)海洋溫度、鹽度、壓力及剖面湍流量等海洋微結(jié)構(gòu)的連續(xù)剖面測(cè)量。

在上述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中，所述第一觀測(cè)部包括位于第一剖面儀子單元底部的溫度探頭、剪切探頭和深度探頭，所述第二觀測(cè)部包括位于第二剖面儀子單元底部的溫鹽深儀、海流計(jì)和姿態(tài)傳感器，所述剪切探頭用于測(cè)量海流的脈動(dòng)流速以得出湍動(dòng)能耗散率。