本发明专利技术公开了一种基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测装置，包括海缆、分布式光纤振动传感系统以及n个纺锤形结构体；n个纺锤形结构体依次固定嵌套在海缆外部，相邻的两个纺锤形结构体之间的距离L满足一个或数个空间分辨率的要求，n个纺锤形结构体在海流作用下使海缆内的光纤产生形变，海流流速信息转为海缆的扭矩信息，再转化为海缆光纤中传输光的相位变化信息；分布式光纤振动传感系统根据流速和海缆光纤中传输光的相位变化关系，计算得到当前海缆所处海层面的海流流速。本发明专利技术能够长时间采集海缆在水下的应变信息，所采集的数据客观性强，能够真实反应海缆所处深度的海流流速大小。大小。大小。
【技术实现步骤摘要】
一种基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测装置
[0001]本专利技术属于光纤传感
，具体涉及一种基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测装置和方法。
技术介绍
[0002]随着20世纪初期海洋学成为了一门独立学科以来，科技的发展不断推动人们对海洋的探索和开发。海流流速作为海洋状态最为直观且重要的参量之一，对海洋流速的实时监测是海洋科学研究和工业开发的重中之重。
[0003]一方面，了解海流流速和方向可以帮助海上船只规划最优航线以避开流速较快的海域，减少海上事故发生的同时节省燃料和时间成本。此外，当发生海上事故进行搜救行动时，海上迷失或遇险的人员、物品的漂流方向和速度与海流息息相关，提前了解海流的流速和方向可以帮助搜救人员缩小搜救范围，提高搜救效率。另一方面，从海洋资源利用及环境保护的角度来看，海流的相关信息可以帮助渔民选择最佳渔场以提高捕获效率，同时在进行海洋能源开发时，可以帮助选择最佳的海洋能源设备布局和设计方案。此外，当发生诸如石油泄漏等海上污染时，海流流速和方向的预知可以帮助预测污染物的扩散范围和速度，及时采取有效的污染控制措施。对海洋科学研究而言，对海流流速的长时间监测有助于了解海洋中的物质运移规律、海洋生态系统的物质循环过程、海洋气候变化以及海洋地貌演化等重要问题，为海洋科学研究提供重要的数据支撑。
[0004]然而现有的测量海流流速的方法包括转子式流速仪、激光多普勒流速仪和海洋环境探测分析雷达在内等都存在诸多致命问题。如传统的转子流速仪存在启动流速高且不稳定、体积大、不便使用和携带等缺点，测流时会破坏水流的自然流态从而影响测量精度。当水中存在水草漂浮物时，会缠绕住转动轴，除了对测流速产生严重的影响外对测速仪本身也存在安全威胁。激光多普勒测速仪由于海面环境复杂多变，空气中的悬浮颗粒以及海水中的悬浮生物会影响激光的传播路径，测量精度难以得到保证。此外，激光多普勒流速仪还存在设备笨重，成本昂贵，需要熟练的操作人员等问题。海洋环境探测分析雷达由于海面的电磁信号干扰严重，其抗强噪声能力仍然有待提高。由于分布式光纤传感技术具有抗电磁干扰能力强，设备简单，灵敏度高等优点，因此利用分布式光纤传感技术对海流流速实时监控具有重要意义。目前亟需一种监测装置，能够将分布式光纤传感技术有效运用在海流流速的实时监控上。
技术实现思路
[0005]解决的技术问题：本专利技术提出了一种基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测装置和方法，能够长时间采集海缆在水下的应变信息，所采集的数据客观性强，能够真实反应海缆所处深度的海流流速大小，对于长期海流流速的实时监测有着重要的保障作用。
[0006]技术方案：
[0007]一种基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测装置，所述海流流速监测装置包括
海缆、分布式光纤振动传感系统以及n个纺锤形结构体，n为大于等于2的偶数；
[0008]所述海缆位于待测海层面处；
[0009]所述n个纺锤形结构体依次固定嵌套在海缆外部，相邻的两个纺锤形结构体之间的距离L满足一个或数个空间分辨率的要求，n个纺锤形结构体在海流作用下使海缆内的光纤产生形变，海流流速信息转为海缆的扭矩信息，再转化为海缆光纤中传输光的相位变化信息；
[0010]所述分布式光纤振动传感系统与海缆的上端连接，接收并处理分析海缆光纤中传输光的相位变化信息，根据流速和海缆光纤中传输光的相位变化关系，计算得到当前海缆所处海层面的海流流速。
[0011]进一步地，所述纺锤形结构体的材质采用聚烯烃弹性体。
[0012]进一步地，所述纺锤形结构体的数量和相邻结构体之间的间距与海缆密度、纺锤形结构体的材质密度相关，嵌套有纺锤形结构体的海缆的等效密度趋近于待测海层面的密度。
[0013]进一步地，所述n个纺锤形结构体等间隔排列，相邻两个纺锤形结构体位于海缆两侧，所有纺锤形结构体的中心对称轴位于同一平面内。
[0014]进一步地，所述纺锤形结构包括相互连接的第一转换部和第二转换部，第一转换部的横向宽度大于第二转换部的横向宽度；所述第一转换部上设置有孔洞，海缆穿过空洞并且两者之间填充有防水型黏着剂以使纺锤形结构体固定嵌套在海缆外侧。
[0015]进一步地，所述第一转换部的内部放置有金属配重，使纺锤形结构体的重心位于第一转换部远离第二转换部的端部处，并使无海流作用下的纺锤形结构体的中心轴始终垂直于海平面。
[0016]进一步地，所述纺锤形结构体位于海缆两侧的部分的延展面积不相同。
[0017]进一步地，所述纺锤形结构体位于海缆两侧的部分的延展面积相差一倍。
[0018]进一步地，所述海缆包括外护套、铠装钢丝、内护套、钢管和测应变光纤；
[0019]所述外护套位于内护套外侧，两者构成的同心圆间的间隙均匀填充若干根铠装钢丝；测应变光纤套入由不锈钢制成的钢管中，空隙处填充纤膏；填充好的钢管设置于内护套中，空隙处由填充物填满后层绞成缆。
[0020]本专利技术还公开了一种基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测方法，所述海流流速监测方法采用如前所述的海流流速监测装置实现；
[0021]所述海流流速监测方法包括以下步骤：
[0022]S1，测量海缆工作处的海水深度，选择待测深度；
[0023]S2，计算得到海缆上所需嵌套的纺锤形结构体的数量及排列间距，使嵌套有纺锤形结构体的海缆的等效密度趋近于待测深度处的海水密度；
[0024]S3，在海缆上端连接分布式光纤振动传感系统，光纤用法兰连接；将海缆下端放置于海水中，使海缆稳定浮于待测深度；
[0025]S4，实时解调海缆中测应变光纤传回的数据，根据流速和海缆光纤中传输光的相位变化关系，获取当前测量深度处的海流流速。
[0026]有益效果：
[0027]第一，本专利技术的基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测装置，嵌套在海缆上的
纺锤形结构体的材质采用POE弹性体，该材质具有高弹性、高强度的物理机械性能以及优异的抗老化、耐腐蚀性能，在海流流速实时监测这种高腐蚀性、强冲击性的长时间工作环境下，相比于传统流速检测装置具有更长的使用寿命和维护周期。
[0028]第二，本专利技术的基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测装置，所用海缆密度大于海水密度，纺锤形结构体的密度略小于海水密度，本监测装置可以通过控制纺锤形结构体的嵌套数量以及相邻结构体之间的间距来调节整体的等效密度，由此测量不同水深的海流流速，大大提高了装置的测速范围。
[0029]第三，本专利技术的基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测装置，嵌套于海缆上的纺锤形结构体为一左一右等间距排列，且所有结构体的中心对称轴位于同一平面上，以此保证海缆两侧重量的均衡从而不会对海缆本身造成额外形变；此外，该周期性结构加强了海流对海缆的作用力，有利于后期对海缆内光纤中传输光相位变化信息的解调。
[0030]第四，本专利技术的基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测装置，相比于现有的海流流速检测方式，光纤作为信号的传输介质，具有良好的抗电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测装置，其特征在于，所述海流流速监测系统包括海缆、分布式光纤振动传感系统以及n个纺锤形结构体，n为大于等于2的偶数；所述海缆位于待测海层面处；所述n个纺锤形结构体依次固定嵌套在海缆外部，相邻的两个纺锤形结构体之间的距离L满足一个或数个空间分辨率的要求，n个纺锤形结构体在海流作用下使海缆内的光纤产生形变，海流流速信息转为海缆的扭矩信息，再转化为海缆光纤中传输光的相位变化信息；所述分布式光纤振动传感系统与海缆的上端连接，接收并处理分析海缆光纤中传输光的相位变化信息，根据流速和海缆光纤中传输光的相位变化关系，计算得到当前海缆所处海层面的海流流速。2.根据权利要求1所述的基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测装置，其特征在于，所述纺锤形结构体的材质采用聚烯烃弹性体。3.根据权利要求1所述的基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测装置，其特征在于，所述纺锤形结构体的数量和相邻结构体之间的间距与海缆密度、纺锤形结构体的材质密度相关，嵌套有纺锤形结构体的海缆的等效密度趋近于待测海层面的密度。4.根据权利要求1所述的基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测装置，其特征在于，所述n个纺锤形结构体等间隔排列，相邻两个纺锤形结构体位于海缆两侧，所有纺锤形结构体的中心对称轴位于同一平面内。5.根据权利要求1所述的基于振动敏感型光纤传感的海流流速监测装置，其特征在于，所述纺锤形结构包括相互连接的第一转换部和第二转换部，第一转换部的横向宽度大于第二转换部的横向宽度；所述第一转换部上设置有孔洞，海缆穿过空洞并且两者之间填充有防水型黏着剂以使纺锤形结构体固定嵌套在海缆外侧。6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：张旭苹，张益昕，丁晨阳，张驰，王顺，陈冠达，钟昕，王峰，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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