[實用新型]一種光學投棄式海洋溫度深度剖面測量探頭

有效

• 申請號: 201520248541.6
• 申請日: 2015-04-21
• 公開（公告）號: CN204855016U
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 劉寧;董濤;孫東波;馬麗珊
• 申請（專利權）人: 國家海洋技術中心
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01C13/00
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 崔立增

技術領域

本實用新型涉及海洋水文剖面要素探測裝置，特別是涉及一種可通過水面船只投放的海洋溫度和深度剖面測量探頭。

背景技術

海水溫度剖面數據，即“溫度—深度”關系數據是最基本的海洋環境要素之一，是反映海物理狀況的基本量，海水溫度剖面數據的快速獲取可為海洋調查、海洋科學研究和海洋開發利用提供重要幫助。

船載投棄式溫度剖面測量儀由一次性使用的測量探頭和船上接收裝置組成，測量探頭與接收裝置通過導線連接。測量探頭從船上投放，在快速下降過程中，探頭內的溫度傳感器感應和測量海水溫度參數。深度數據通過探頭下落速度和時間，代入深度計算公式得到。反映溫度剖面的溫度—深度數據由船上接收裝置自動記錄。

現有的投棄式溫度剖面測量儀的測量探頭直接測量溫度數據，而深度數據是通過測量探頭下落速度和時間，代入深度計算公式而得到。由于深度計算公式難以反應探頭的實際下降速度，因此現有測量探頭獲取的“溫度—深度”關系數據誤差較大，難以精確反應實際的溫度隨深度的變化。

實用新型內容

針對現有投棄式測量探頭無法直接測量深度的問題，本實用新型推出一種采用光纖光柵的新型投棄式海洋溫度深度剖面測量探頭，利用光纖光柵反射波與周圍介質溫度線性對應測量海水實時溫度數據，利用光纖光柵拉伸形變后應變與反射波長的對應關系獲得實時深度數據，在探頭下降過程中完成溫度與深度的采樣測量，獲取更準確的海水溫度剖面數據。

光纖光柵是一種光學無源器件，通過紫外光曝光的方法在光纖芯內產生折射率沿纖芯軸向周期性變化的柵格結構，其諧振峰和諧振谷波長隨溫度、應力等物理量的變化而線性變化，因此可以進行非光學物理量的測量。具體測量原理如下：

光纖光柵與溫度的變化關系如公式(1)所示。

Δλλ=(α+ξ)ΔT---(1)]]>

式中，λ為光纖光柵反射光譜的中心波長，α為光纖的熱膨脹系數，ξ為光纖的熱光系數，ΔT為周圍環境溫度變化。從公式(1)中可以看出，溫度ΔT與光纖反射波長Δλ之間有線性關系，通過測量光纖光柵反射波長的移動，即可確定環境溫度。

對于典型的石英光纖，光纖光柵反射中心波長λ與光柵應變ε之間存在如下關系：

Δλλ=0.78ϵ---(2)]]>

根據公式(2)，即可由光纖光柵反射波長的移動，確定光柵應變。當光柵應變是受海水壓力影響而變化時，可由此獲取海水深度數據。

本實用新型所涉及的光學投棄式海洋溫度深度剖面測量探頭，呈流線型結構，與船上裝置連接，包括頭錐、尾部殼體、尾翼、光纖線軸、光纖和光柵傳感器。測量探頭前部為頭錐，后部為尾部殼體，頭錐和尾部殼體連接一起。頭錐中間有沿中軸線設置的孔隙，頭錐內設置光柵傳感器。尾部殼體外設置尾翼，4個尾翼在尾部殼體外對稱設置。尾部殼體內部設置光纖線軸，光纖線軸上纏繞著光纖，光纖與光柵傳感器連接。

所述的光纖纏繞在尾部殼體內的光纖線軸上，光纖的一端從尾部殼體后端引出，與船上裝置的激光發射接收裝置連接；光纖的另一端從光纖線軸上引出，進入頭錐內，連接光柵傳感器。