一种海洋湍流热通量仪制造技术

本实用新型专利技术提供了一种海洋湍流热通量仪，其包括快速温度传感器和声学多普勒三维流速计，快速温度传感器由探头(37)、钛合金弯形管(36)、锥形管(35)、第一圆筒管(34)、内丝扣连接件、外螺丝(33)、第二圆筒管(32)、第三圆筒管(31)等8部分组成，快速温度传感器的耐压外壳采用TC4钛合金棒加工而成，内丝扣连接件设置于锥形管(35)与第一圆筒管(34)之间。该技术可以同时、同点测量同一运动质点的三维速度和温度信号，可直接测量湍流热通量。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于海洋探测
，具体设及一种海洋端流热通量仪，其能够同 时、同点测量同一运动质点的速度和温度，可W测量海洋中的端流热通量。
技术介绍
国内外成熟的典型海洋观测技术为海洋潜标技术，例如声学多谱勒测速仪 (ADCP)、温盐链等，该些观测技术手段能基本满足对海洋大中尺度动力过程的研究需求， 如：海洋环流、中尺度祸、温盐的粗结构分析等。而海洋端流微结构的观测，对于研究海洋 垂向（按照位密方程，维持海洋子午翻转环流所需的端流祸扩散系数率至少要大于l(T4m2/ S)、物质、能量、动量等的垂向输运起着关键作用。该些垂向输运的定量研究主要体现在端 流动量通量、热通量与端流混合率等关键物理量上，而引起垂向输运的通量驱动机制则是 端流垂向混合技术。 对于海洋端流动量通量、热通量的研究是基于对端流混合进行直接观测，该对于 完善海洋模式参数化方案具有十分重要的意义。除此之外，在二氧化碳通量、营养盐通量、 沉积物输送W及微量元素等地球化学物质循环过程中也起着决定性作用。随着海洋科学的 发展，特别是观测技术的进步，使得大气底边界层的动量通量、热通量圧ricet.al.，2004 ; Fairallet.al. 1990]、二氧化碳通量、溶解氧通量等的观测成为可能，且目前已比较成熟。 但是，海洋动量通量、热通量的直接观测，由于受传感器精度、灵敏度及传感器在高压下的 正常工作状态等多种因素的限制，还未见相关技术报道。在深海热液区，对于热通量的观测具有非常重要的科学意义，所W，对于海洋热 通量的研究和开发是十分必要的。但目前还没有成熟技术方案来实现深海热液区的热通量 测量。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提供一种海洋端流热通量仪，其能够同时、同 点测量同一运动质点的速度和温度，利用祸动相关法可直接测量端流热通量。端流热通量 是一能表征热传输的物理量。 依据本技术的技术方案，所提供的海洋端流热通量仪包括海洋探测快速温度 传感器和声学多普勒=维点式流速仪（ADV)，其中快速温度传感器由探头37、铁合金弯形 管36、锥形管35、第一圆筒管34、内丝扣连接件、外螺丝33、第二圆筒管32、第=圆筒管31) 等由8部分组成，快速温度传感器的耐压外壳采用TC4铁合金椿加工而成，内丝扣连接件设 置于锥形管35与第一圆筒管34之间。 进一步地，快速温度传感器的探头37设置在在测量体积体附近，其直径为 1. 8mm(毫米）。[000引快速温度传感器中各部件之间连接关系如下；探头37插入铁合金管36中，铁合金 管36置入锥形管35中，锥形管35与第一圆筒管34由内丝扣连接件连接，第一圆筒管34 中有外丝扣的一端置入第二圆筒管32的内丝扣中并连接，同时再通过外螺丝33固定第一 圆筒管34和第二圆筒管32,第二圆筒管32的另一端的外丝扣与含有内丝扣的第=圆筒管 31连接。 优选地，第一圆筒管34的壁厚为1. 2mm;第S圆筒管31中设置有电路，并与水密 线连接。 更进一步地，海洋端流热通量仪包括=维流速测量仪，所述=维流速测量仪内置 姿态传感器（IMU)，W100~250化频率测量单点S维流速，经过数字滤波后输出1~64化 的=维流速数据，可W校正海洋端流热通量仪姿态。 此外，海洋端流热通量仪进一步包括4个6000米水深耐压铁合金电池仓，管壁厚 0.8畑1，仓体内径61. 5mm，有效容积长度460mm，可W放2组450Wh裡电池组；电池仓与S维 流速测量仪主机用Y型水密线连接，每根线有2巧，可同时连接4个电池仓。所述快速温 度传感器通过耐压水密线连接=维流速测量仪后盖特制8巧接口，用于数据传输和供电需 求；快速温度传感器和=维流速测量仪（含姿态校正传感器）的测量点是同一点，快速温度 传感器采样信号与=维流速测量仪的采样信号同步，采样频率1-64化可调。 优选地，快速温度传感器和=维流速测量仪外壳由TC4铁合金加工而成，由316不 诱钢支架将ADV和快速温度传感器固定在支架上，并保证快速温度传感器探头位于S维流 速测量仪测量点上；外支架形成的园柱绕流对流场的影响在测量点要忽略不计。 更优选地，上述海洋端流热通量仪可W同点观测热通量、动量通量、端动能耗散率 和热耗散率，且可W工作在1-5000米水下。 本技术的海洋端流热通量仪利用声学多普勒=维点式流速测量仪和快速温 度传感器实现了海表W下端流热通量的直接测量。利用ADV自身的电池和存储器进行自容 式测量，本专利技术设计的端流热通量仪可W集成在潜标上工作，不需要船舶在测量区域停靠， 消除了船舶对测量的影响，并且能够长期、全天侯测量。本技术的优点是： 1.通过同时、同点采集高频、高精度速度和温度信号，首次实现测量水下端流热通 量的时间序列。 2.可W在1 - 5000米海深进行观测。【附图说明】 附图1为依据本技术的海洋端流热通量仪传感器和测量点示意图； 附图2为端流热通量观测仪示意图； 附图3为快速温度传感器外结构示意图。【具体实施方式】 下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部 的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。另外地，不应当将本技术 的保护范围仅仅限制至下述具体结构或部件或具体参数。 本技术所提出海洋端流热通量仪，利用快速温度传感器和=维流速测量仪 (优选声学多普勒S维点式流速仪，ADV)，并通过ADV姿态数据校正流速数据，由垂向速度 脉动和温度脉动的协方差测量海洋垂向端流热通量的方法，实现了海表W下端流热通量的 测量。其工作原理如下： 原始流速数据（U，V，W)是相对于ADV坐标系的，需要进行坐标变换即使ADV坐标 系（x*，y*，z*)转换为自然坐标系（x，y，z);在自然坐标系中，Z轴与竖直方向重合，X轴指 向地理北极，坐标原点和ADV重屯、重合；利用ADV自带的罗经测量巧-Z*平面相对于X-Z平 面与Z轴为交线的夹角a，利用水平仪测量x*-y*平面相对于x-y平面与X轴为交线的夹 角0和x*-y*平面相对于x-y平面与y轴为交线的夹角丫，则自然坐标系下的流速数据 (Ul,V。Wi)可W表示为： '"1fcos a sin a OY1 0 0丫cosy 0 sin^Yu''[002引 V! = -sina cosa 0 0饼s f3sin/? 0 1 0 v 0 0 I i^O -sin片cosyS八-sm y 0 cosy人H'/ 因海洋中的低频波动可W影响ADV,导致ADV附加了S维平动速度（u。，V。，w。)，实 际的测点的流速为（111-11。，￥1-￥。，'\￥1-'\￥。）；然后求得各真实速度的脉动值11'，￥'，'\￥'，单位 (m/s)。 根据祸动相关法，海洋端流热通量Ft可W表示为：; 式中Ft是测量点的端流热通量（W/m2)，Cp为海水的定压比热容（J/kg/K)，P是海 水密度化g/m3)，W'是海水垂向速度的脉动值（m/s)，r是测量点的温度脉动值化)，上划 线表示时间序列的平均。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋湍流热通量仪，其包括快速温度传感器和声学多普勒三维点式流速计，其特征在于，快速温度传感器由探头(37)、钛合金弯形管(36)、锥形管(35)、第一圆筒管(34)、内丝扣连接件、外螺丝(33)、第二圆筒管(32)、第三圆筒管(31)等8部分组成，快速温度传感器的耐压外壳采用TC4钛合金棒加工而成，内丝扣连接件设置于锥形管(35)与第一圆筒管(34)之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尚晓东，陈桂英，
申请(专利权)人：中国科学院南海海洋研究所，
类型：新型
国别省市：广东;44