海洋微尺度湍流观测仪数据采集及长期存储系统研制

摘要

微尺度海洋湍流混合是大洋中普遍存在的现象，湍流混合是整个大洋环流的源动力，同时是控制着海洋生态环境的关键因素，对于海水的能量、质量、动量和全球温度气候也有重要影响。研究湍流混合现象对于加深理解海洋内部机理、揭示海洋现象本质有着重大的科学价值。海洋科学现象深度挖掘离不开海洋观测技术的进步，海洋观测技术的发展离不开先进的海洋仪器设备，研制微尺度湍流观测仪器是获取海洋湍流数据的核心。
　　为满足获取海洋湍流混合观测资料的迫切需求，研制了海洋微尺度湍流观测仪，通过系统试验对研制的仪器和观测平台进行了科学校检和验证，同时，结合水槽比对试验和外海试验对整个系统性能指标进行评估和验证。
　　本文研制了海洋微尺度湍流观测仪数据采集和长期存储系统，该系统可用于垂直剖面测量平台和水平测量平台。针对海洋湍流测量原理，设计了海洋湍流测量剪切探头传感器信号采集电路、信号调理电路，结合不同平台湍流观测的特点选择姿态加速度传感器，研发多参数数据采集系统。考虑海洋湍流观测采集频率高、观测时间长等特点，设计了大容量、无振动数据存储方案，并通过长期试验验证了系统稳定性和可靠性。通过室内对比试验证明湍流观测仪的自身噪音水平低，其性能指标可以满足湍流观测的要求；通过水槽与ADV(Acoustic Doppler Velocimeter)比测试验证明湍流观测仪采集到的脉动流速的高频剪切信号，可以较为精确地体现连续观测流体中的湍流状态和混合强度，并与ADV测量结果一致；通过外海垂直剖面测量平台与国外仪器对比试验证明垂直剖面仪脉动流速剪切波数谱与Nasmyth理论谱在波数空间内两者吻合良好，并且计算得到了耗散率数量级一致。
　　为了满足深海、连续长期观测的要求，设计了深海多尺度长期观测潜标系统。从机械结构、水动力学等方面研发了微尺度湍流观测水平平台，在南海深水区开展了相关观测试验。试验过程中整个潜标系统工作稳定并获取了大量现场技术数据，并对数据进行了初步统计分析，对深海、长期连续观测进行了初步研究和探索。

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1绪论

1.1引言

1.2海洋微尺度湍流

1.3课题来源及目的

1.4本文研究内容

2湍流观测原理研究及传感器选型

2.1剪切流传感器

2.2姿态加速度传感器

3多参数数据采集及大容量存储系统设计

3.1系统总体设计

3.2 主控模块部分

3.3信号调理部分

3.4数据采集部分

3.5大容量数据存储部分

3.6电源控制部分

4 系统软件架构设计及底层驱动

4.1应用层架构

4.2功能模块驱动

5 室内试验

5.1水槽比测试验

6外海试验

6.1 垂直剖面比测试验

6.2 远海长期试验

7 总结及展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

个人简历

发表的学术论文和科研情况