自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法及同步测量仪技术

本发明专利技术公开了一种自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法及同步测量仪，本发明专利技术属于海洋观测技术领域，尤其是海洋湍流混合观测领域，涉及温度和湍流热耗散率同步观测的仪器及方法。一种自容式海洋温度和湍流热耗散率同步测量仪，包括热敏电阻、控制仓、和电池仓三个部分；所述热敏电阻为两根，设置在控制仓的头部；所述控制仓内部设置有主控制单元和数据采集存储单元，数据采集存储单元与热敏电阻相连，主控制单元与数据采集存储单元相连；所述电池仓设置在控制仓的尾部，通过减震连接器与控制仓相连。本发明专利技术结构简单，尺寸小巧，固定在海洋潜标的锚系或其他观测平台上，通过热敏电阻测得温度数据，并反演出湍流热耗散率，从而实现海洋温度和湍流混合的同步测量。海洋温度和湍流混合的同步测量。海洋温度和湍流混合的同步测量。

【技术实现步骤摘要】
自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法及同步测量仪


[0001]本专利技术涉及海洋观测
，尤其是海洋湍流混合观测领域，具体涉及一种自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法及同步测量仪。

技术介绍

[0002]海洋湍流混合过程是海洋中最主要的动力过程之一，对海洋多尺度动力过程有重要的调制作用。一方面，海洋中的大、中尺度结构的动能通过级串过程向小尺度传递，最终通过湍流混合耗散掉；另一方面，湍流混合将深层海水抬升，从而维持全球大洋的翻转环流。海洋湍流混合的特征量，如湍动能耗散率和湍流热耗散率等，需要通过现场观测来实现。
[0003]传统的海洋湍流混合观测仪器为自由下落的剖面式观测仪，如湍流海洋微结构观测仪(TurboMap)，垂向微结构剖面仪(VMP)等，其主要缺陷是：需要通过通讯脐带缆与母船甲板单元相连；只能进行单个剖面观测，不能长时间观测；尺寸较大，操作较复杂，且价格高昂，需要占用较高的人力物力和观测船时。最近海洋学者专利技术的可抛弃式湍流混合观测仪(如ZL 201610888759.7)，解决了传统湍流混合观测仪需要通讯脐带缆的缺陷，但是其测量单元不能回收再利用，进一步增加了成本。
[0004]近年来另一方观测海洋湍流混合的观测技术是基于锚定的剪切流观测仪。该方案是通过剪切流观测仪测得的流速剪切数据来反演湍流耗散率。虽然该方案可进行湍流混合的长期观测，但是该方案是基于湍流泰勒冻结理论，反演湍流耗散率的过程中需要用到流速，因此必须需要额外的流速观测仪器，如声学多普勒流速剖面仪(ADCP)、声学多普勒点式流速仪(ADV)、海流计等(如ZL 201410852813.3)，进行流速观测，这大大增加了观测的复杂程度和经济成本。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法及同步测量仪，可以实现温度和湍流热耗散率的长时间同步测量，并且尺寸小巧，操作简单，可大量节省传统的湍流混合观测模式所需的人力、物力和成本。
[0006]为实现以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0007]一种自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法，其包括：
[0008]根据热敏电阻反馈的温度数据，获取观测周期内的海水温度数据；
[0009]在所述温度数据中选取一时间段内的两根热敏电阻测得的温度数据；
[0010]根据两根热敏电阻测得的温度数据计算该时间段内的温度剪切；
[0011]根据获得的温度剪切，通过傅里叶变换计算该时间段内温度剪切的功率谱；
[0012]根据获得的功率谱，通过湍流热耗散率公式计算得到该时间段内的湍流热耗散率。
[0013]如上所述的自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法，进一步地，设一时间段Δt
的两端点温度数据为T1(t)和T2(t)，则所述温度剪切为：
[0014]T
x
(t)＝(T1(t)
‑
T2(t))/L
[0015]其中，L为两个热敏电阻之间的距离。
[0016]如上所述的自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法，进一步地，设所述温度剪切的功率谱为Φ
Tx
(f)，f表示频率，则湍流热耗散率χ为：
[0017][0018]其中，f0和f
cut
‑
off
分别为积分的起始和终止频率。
[0019]一种自容式海洋温度和湍流热耗散率同步测量仪，其利用如上所述的测量方法进行，其特征在于，包括：
[0020]热敏电阻，其设置在控制仓的头部，用于获取海洋温度数据；
[0021]控制仓，其内部设置有主控制单元和数据采集存储单元，数据采集存储单元与热敏电阻相连，主控制单元与数据采集存储单元相连，以及，
[0022]电池仓，其设置通过减震连接器连接在所述控制仓的尾部，用于提供电能。
[0023]如上所述的自容式海洋温度和湍流热耗散率同步测量仪，进一步地，所述热敏电阻为两根。
[0024]如上所述的自容式海洋温度和湍流热耗散率同步测量仪，进一步地，所述两根热敏电阻之间的距离为1mm～10mm。
[0025]如上所述的自容式海洋温度和湍流热耗散率同步测量仪，进一步地，所述的控制仓和电池仓为钛合金耐压材料，直径为1cm～2cm。
[0026]如上所述的自容式海洋温度和湍流热耗散率同步测量仪，进一步地，所述的电池仓尾部设置有固定扣环，用来将所述的自容式海洋温度和湍流热耗散率同步测量仪固定在其他物件上。
[0027]如上所述的自容式海洋温度和湍流热耗散率同步测量仪，进一步地，所述的自容式海洋温度和湍流热耗散率同步测量仪长度为5cm～20cm。
[0028]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
[0029](1)本专利技术可实现海洋温度和湍流热耗散率这两种参数的长时间同步测量；
[0030](2)本专利技术无需通讯脐带缆，无需流速观测，且结构小巧，操作简单，可大量节省海洋现场观测时的人力、物力、财力和时间成本。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本专利技术实施例的自容式海洋温度和湍流热耗散率同步测量仪的结构示意图；
[0033]图2为本专利技术实施例的中电路控制部分示意图；
[0034]图中：1、热敏电阻；2、控制仓；3、电池仓；201、主控制单元；202、数据采集存储单
元；301、减震连接器；302、固定扣环。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
[0036]实施例：
[0037]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本专利技术实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0038]需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法，其特征在于，包括：根据热敏电阻反馈的温度数据，获取观测周期内海水的温度数据；在所述温度数据中选取一时间段内的两根热敏电阻测得的温度数据；根据两根热敏电阻测得的温度数据计算该时间段内的温度剪切；根据获得的温度剪切，通过傅里叶变换计算该时间段内温度剪切的功率谱；根据获得的功率谱，通过湍流热耗散率公式计算得到该时间段内的湍流热耗散率。2.根据权利要求1所述的自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法，其特征在于，设一时间段Δt的两根热敏电阻测得的温度数据为T1(t)和T2(t)，则所述温度剪切为：T
x
(t)＝(T1(t)
‑
T2(t))/L其中，L为两根热敏电阻之间的距离。3.根据权利要求2所述的自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法，其特征在于，设所述温度剪切的功率谱为Φ
Tx
(f)，f表示频率，则湍流热耗散率χ为：其中，f0和f
cut
‑
off
分别为积分的起始和终止频率。4.一种自容式海洋温度和湍流热耗散率同步测量仪，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭双喜，岑显荣，鲁远征，屈玲，黄鹏起，韩广辉，周生启，
申请(专利权)人：南方海洋科学与工程广东省实验室广州，
类型：发明
国别省市：