一种船载测量海洋内孤立波振幅的装置与方法

摘要

本发明公开了一种船载测量海洋内孤立波振幅的装置与方法，投放后的铠装光纤缆由于浪流作用会倾斜、弯曲，所测温度对应的位置并不是相应的深度，需要确定深度和铠装光纤缆的缆长的函数关系；利用定标温深仪的下降剖面和上升剖面温度及深度数据结合光纤在测量过程的剖面温度值进行深度和缆长的非线性函数关系拟合，利用拟合方程确定铠装光纤缆所测温度和深度的对应关系；由于在测量过程中铠装光纤缆还会上下漂移，利用铠装光纤缆测量温度过程中的定标温深仪数据再进行逐点对测量拟合方程的深度修正；当海洋内孤立波到来时，会使剖面温度变化，利用经过修正后的长时间序列剖面温度数据即可获得内孤立波的振幅。

说明书

技术领域

本发明涉及一种船载测量海洋内孤立波振幅的装置与方法，属于海洋动力监测技术领域。

背景技术

海洋内孤立波是分层海洋内部生成并传播的波动，是一种中尺度海洋动力现象，具有随机性。一般发生在水下数十米甚至数百米处，目前观测到的最大振幅达240米，海洋内孤立波的传播伴随着较强的速度切变和较大的起伏。海洋内孤立波的存在威胁着水下潜艇的航行安全；也影响海上石油平台的作业；还使得海洋中传播的声波产成起伏，从而降低了声呐的使用效能。因此，对海洋内孤立波的探测，特别是对其振幅的准确测量，在国防建设、海洋工程、海洋科学方面都具有重要的意义。

内孤立波在传播过程中会引起海水垂向温度的连续变化，因此，通过观测垂向剖面温度变化进而测量内孤立波振幅是常用的手段。

目前，较多采用的是温度链和CTD混合连接方式，一般在垂向绳缆上数十米甚至更长间隔绑定温度计和CTD，通过浮标或潜标布放。所用温度链及CTD均是电学传感器，具有造价高、体积大，电磁干扰大、布放难度大、数量少等缺点，尤其需要定期更换电池及数据获取繁琐等问题。因此这种手段探测垂向温度的空间分辨率受到限制，导致内孤立波振幅测量精度低。

与电学传感器相比，光纤传感具有成本低、体积小、质量轻、抗电磁干扰等优点，近年来已逐渐成为海洋调查技术的研究热点。目前在海水剖面温度探测方面见到公开报道的有多个光纤光栅串联的“光纤CTD”、投弃式光纤温深仪以及上百个光栅级联的拖曳式温度链。但光纤光栅技术用于海洋还存在诸多不足，比如，由于是“点”传感器，导致空间分辨率受限，对封装要求较高，使得抗击复杂海况能力较弱。基于受激拉曼散射效应研制的分布式光纤测温技术，克服了光栅光纤传感器的不足，极大地提高了空间分辨率。目前，分布式光纤测温技术主要用于矿井、石油管道及建筑物等安全防火的温度预警，还没有见到用于海洋的报道，尤其是用于海洋内孤立波的观测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种基于拉曼散射分布式光纤船载测量海洋内孤立波振幅的装置与方法，克服了目前海洋内孤立波振幅观测精度不足、测量设备造价高昂和布放难度大等技术难题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明首先提供一种船载测量海洋内孤立波振幅的装置，包括电动绞车、铠装光纤缆、信号发射接收系统、线轮控制系统、排缆系统、计米系统、光纤缆支架、投放系统和测量系统，其特征在于：

所述的电动绞车，通过底盘固定螺丝固定在船的甲板上，电动绞车配设有线轮；

所述的信号发射接收系统，包括信号发射接收机和监控电脑：所述的信号发射接收机通过光纤缆与铠装光纤缆相连接，所述的监控电脑通过数据线与信号发射接收机相连接；

所述的线轮控制系统，包括线轮电机和绞车遥控器：线轮电机安装在线轮的一端从而带动线轮旋转，绞车遥控器能够远程遥控控制线轮电机的启动及投放时正转和回收时反转；

所述的排缆系统，主体为电动排缆丝杆，通过支撑固定装置固定在电动绞车上；电动排缆丝杆通过电线与电动控制箱相连接，电动控制箱放置在电动绞车上；

所述的计米系统，主体为计米器，安装在电动排缆丝杆上且配设有压线轮，计米器通过电线与电动控制箱相连接；

所述的投放系统，主体为光纤缆支架，通过支架固定螺丝固定在船的船舷上；所述的光纤缆支架，上方固定有滑轮，中间设置有定位线轮；

所述的铠装光纤缆，顶端与线轮固定相连接后其缆体缠绕在线轮的轴体上，没有缠绕在轴体上的缆体搭在电动排缆丝杆上并由压线轮之下穿过，由压线轮穿过后的缆体在定位线轮上绕两圈并从滑轮穿过后其末端与测量系统相连接；

所述的测量系统包括配重铅块和定标温深仪：所述的配重铅块与铠装光纤缆的末端固定连接，配重铅块的下方挂接定标温深仪。

上述技术方案中，所述的装置还包括电源系统，为220伏交流电源、24伏直流锂电池两种方式供电，为电动绞车、电动控制箱、线轮控制系统、信号发射接收机和监控电脑以及其他控制系统提供电源。

上述技术方案中，所述的线轮，其主体为圆柱形的中心轴体，中心轴体的左端和右端分别设置有一个轴承；中心轴体的左端安装有一个单层结构的圆盘形的左轮、右端安装有一个双层结构的圆盘形的右轮，左轮、右轮的表面分别与中心轴体的左端面、右端面平行，且左轮、右轮的圆心与中心轴体的轴线位于同一直线上；左轮和右轮的中心分别挖设有圆孔，两个轴承分别穿过圆孔后露在左轮、右轮外表面的外部；位于左轮外表面外部的轴承与所述的线轮电机固定相连。

上述技术方案中，所述的线轮，配设有线轮支架，包括横支架和与之固定相连的两个竖支架，两个竖支架彼此之间相互平行且位于横支架的同侧，两个竖支架均与横支架相垂直；所述的横支架通过螺丝固定在电动绞车，所述的两个竖支架的顶端分别配设有一个轴承环；所述的轴承套入轴承环内且能够沿着轴承环旋转，从而带动中心轴体旋转。

上述技术方案中，所述的右轮的双层结构内设置有光纤接头，光纤接头设置有两个接口，铠装光纤缆的顶端与其中一个接口相连接后再缠绕在中心轴体上，光纤另一个接口与信号发射接收机相连接。光纤接头便于投放和回收光纤缆时断开光纤与信号发射接收机的连接，线轮可工作在电动和手动两种方式。

上述技术方案中，所述铠装光纤缆，由外至内包括PE外护套、绞合不锈钢丝、无缝钢管和光纤：所述的光纤位于无缝钢管的中央，周围填充有光纤油膏；所述的无缝钢管的外部均匀分布有一圈绞合不锈钢丝，绞合不锈钢丝的外部设置E外护套进行密封。铠装光纤缆可防水、耐压及耐高强度拉力，承力缆绳和测温分布式光纤合为一体，由于采用不锈钢材料铠装，不影响温度信号响应时间。

上述技术方案中，所述铠装光纤缆，共计500米，外径3.5mm，允许长期拉伸力大于750Kg，抗压强度≥35Mpa，长期工作温度-40℃～+85℃；所述铠装光纤缆，其内的光纤为两根，测温时一般使用一根光纤，另一根光纤做为备用。

上述技术方案中，所述的电动排缆丝杆，主体为丝杆，丝杆上均匀分布有放置铠装光纤缆用的光纤缆槽，丝杆的一端配设有步进式电机、另一端配设有定位传感器，步进式电机通过电线与电动控制箱相连接。电动控制箱上设置有控制键，能够控制电动排缆丝杆的运行速度从而和线轮的旋转速度匹配，可在回收光缆时自动逐层整齐排布。

上述技术方案中，所述的计米器，配设有米数显示屏，计米器通过电线与电动控制箱相连接，电动控制箱上设置有控制键，能够设置记米方式及显示方式，计米器可对投放的光纤缆进行厘米级精确计缆长，回收时进行米数递减。

上述技术方案中，所述的电动控制箱还通过电线与线轮电机相连接，能够控制线轮电机的启动及正转和反转。

上述技术方案中，所述的滑轮，采用吊轮结构，在一定的角度下能够自由转动，以适应风浪流对光纤缆造成的倾斜。

上述技术方案中，所述的配重铅块，重量为10公斤。

上述技术方案中，所述的信号发射接收机，由激光器、波分复用器、光电探测器、数据采集器和数据处理及存储器(CPU)组成：信号发射接收机中的激光器发射出脉冲激光，作为入射光的脉冲光经过波分复用器后注入铠装光纤缆中，由于非线性作用，脉冲光在铠装光纤缆中各个位置产生受激拉曼散射效应，背向的拉曼散射光中包括斯托克斯光和反斯托克斯光，其中的反斯托克斯光的强度与温度相关；背向散射的斯托克斯光和反斯托克斯光沿着铠装光纤缆反射回来再次经过波分复用器，斯托克斯光和反斯托克斯光被分别滤出，光电探测器分别探测出这两束光的光强并分别转化成电信号，数据采集器把得到的电信号且进行数字采样后输送至数据处理及存储器(CPU)中，数据处理及存储器对数据进行计算处理后传送至监测电脑上。

本发明还提供一种利用上述装置进行船载测量海洋内孤立波振幅的的方法，包括以下步骤：

(1)将电动绞车通过底盘固定螺丝固定于船的甲板上、光纤缆支架通过支架固定螺丝固定在船的船舷上；再将线轮通过线轮支架和螺丝固定在电动绞车，同时将线轮电机安装在线轮上；然后将电动排缆丝杆通过支撑固定装置固定在电动绞车上，将计米器安装在电动排缆丝杆上；最后将信号发射系统、电动控制箱、铠装光纤缆、测量系统和电源系统均放置在船的甲板上；

(2)将铠装光纤缆的顶端与线轮上的光纤接头相连接，铠装光纤缆缆体缠绕在线轮的中心轴体上，剩余的缆体搭在电动排缆丝杆的光纤缆槽上并由计米器压线轮之下穿过，由压线轮穿过后的缆体光纤缆在位于光纤缆支架上的定位线轮上绕两圈并从滑轮穿过；将电动排缆丝杆、计米器和线轮电机分别通过电线与电动控制箱相连接，将信号发射系统中的信号发射接收机与检测电脑通过数据线相连接；最后将电动绞车、线轮电机、电动控制箱、信号发射接收机和监控电脑分别与电源系统相连接；

(3)在断开光纤缆和信号发射接收机的前提下，将计米器清零，将铠装光纤缆的末端与测量系统的配重铅块相连接，配重铅块的下方挂接定标温深仪，手动投放铠装光纤缆，投放到预定缆长后，将定位线轮用插销锁住，减轻铠装光纤缆及配重铅块对线轮的拉力负荷；线轮电机通过遥控器或者电动控制箱上的控制键控制启动及正反转，电动控制箱能够调节电动排缆丝杆运行速度便于和线轮的旋转速度匹配，电动控制箱还能够设置记米方式及显示方式；

(4)投放完毕后，利用光纤缆将信号发射接收机与线轮上的光纤接头相连接并开始测量：信号发射接收机中的激光器发射出脉冲激光，经过波分复用器后注入铠装光纤缆中，脉冲光在铠装光纤缆中各个位置产生受激拉曼效应，背向散射的斯托克斯光和反斯托克斯光沿着铠装光纤缆反射回来再次经过波分复用器，斯托克斯光和反斯托克斯光被分别滤出，光电探测器分别探测出这两束光的光强并分别将其转化成电信号，数据采集器把得到的电信号进行数字采样后输送至数据处理及存储器(CPU)中，对数据进行计算处理后传送至监测电脑上；经过预定时间的测量后，断开光纤缆和信号发射接收机的连接，电动回收铠装光纤缆；定标温深仪在投放过程、光纤测量过程和回收过程均在实时测量光纤缆末端的深度及相应温度，并将数据保存在内置存储卡上。

上述技术方案中，步骤(2)中，所述的电源系统为220付交流市电或24伏直流锂电池。

上述技术方案中，步骤(4)中，激光器将激光调制成10ns的脉冲光；数据采集器把得到的电信号进行数字采样，按照100MHz的采样率进行采样，测温空间分辨率为1米，测温精度达到0.2℃，测量一个剖面温度分布响应时间为7.4秒。

上述技术方案中，步骤(4)中，在海水中投放后的铠装光纤缆由于浪流作用会倾斜、弯曲，所测温度对应的位置并不是相应的深度，需要确定深度和铠装光纤缆的缆长的函数关系；利用定标温深仪的下降剖面和上升剖面温度及深度数据结合光纤缆在测量过程的剖面温度值进行深度和缆长的非线性函数关系拟合，利用拟合方程确定铠装光纤缆所测温度和深度的对应关系；由于在测量过程中铠装光纤缆还会上下漂移，利用铠装光纤缆测量温度过程中的定标温深仪数据再进行逐点对测量拟合方程的深度修正；当海洋内孤立波到来时，会使剖面温度变化，利用经过修正后的长时间序列剖面温度数据即可获得内孤立波的振幅，拟合方程为：

D＝7.4453×10

其中：D为海水深度(m)，L为铠装光纤缆的长度(m)，将光纤缆长代入方程即可获得相应的测温深度。

本发明的优点在于：

1、基于拉曼散射机理的光纤测温技术，测温空间分辨率高，能达到1米，具有较高的测温精度，能达到0.2℃，测温时间响应在秒级，能够满足海洋内孤立波米级振幅的测量精度要求；

2、利用末端定标温深仪确定铠装光纤缆的入水形状，进而确定铠装光纤缆测温的精确深度；

3、铠装光纤缆的拉力强度大，测温的同时可以兼做缆绳并配重；

4、传输光和感知光单元是光纤本身，不涉及内置测量电路和电池，避免了电学传感器漏水漏电风险；

5、能够准确计量投放出的铠装光纤缆的长度；回收铠装光纤缆时可自动排缆；

6、成本低、体积小、质量轻、抗电磁干扰。

附图说明

图1为本发明船载测量海洋内孤立波振幅的装置的整体结构示意图；

图2为本发明装置中铠装光纤缆剖面示意图；

图3为本发明装置中信号发射接收机的信号发射和接收示意图；

图4为本发明实施例2中的铠装光纤缆的光纤测温和定标温深仪测温数据曲线图(其中—为光纤测温，---为定标温深仪测温)；

图5为本发明实施例2中定标温深仪测温序列数据(—为逐点对应，---为4次拟合曲线)；

图6为本发明实施例2中深度和铠装光纤缆长度的拟合曲线图；

图7为本发明实施例2中内孤立波的垂直剖面温度变化图；

其中：1、电动绞车；2、底盘固定螺丝；3、线轮；4、铠装光纤缆；5、电动排缆丝杆；6、计米器压线轮；7、电动控制箱；8、线轮电机；9、绞车遥控器；10、信号发射接收机；11、光纤接头；12、监控电脑；13、220伏交流电源；14、光纤缆支架；15、支架固定螺丝；16、船舷；17、定位线轮；18、滑轮；19、配重铅块；20、定标温深仪(TD)；21、PE外护套；22、绞合不锈钢丝、23、无缝钢管；24、光纤油膏；25、光纤。

具体实施方式

以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：

本发明提供一种船载测量海洋内孤立波振幅的装置，包括电动绞车1、铠装光纤缆4、信号发射接收系统、线轮控制系统、排缆系统、计米系统、光纤缆支架、投放系统和测量系统，如图1所示：

所述的电动绞车1，通过底盘固定螺丝2固定在船的甲板上，电动绞车配设有线轮3；

所述的信号发射接收系统，包括信号发射接收机10和监控电脑12：所述的信号发射接收机通过光纤缆与铠装光纤缆4相连接，所述的监控电脑通过数据线与信号发射接收机相连接；

所述的线轮控制系统，包括线轮电机8和绞车遥控器9：线轮电机安装在线轮的一端从而带动线轮旋转，绞车遥控器能够远程遥控控制线轮电机的启动及投放时正转和回收时反转；

所述的排缆系统，主体为电动排缆丝杆5，通过支撑固定装置固定在电动绞车上；电动排缆丝杆5通过电线与电动控制箱7相连接，电动控制箱放置在电动绞车上；

所述的计米系统，主体为计米器6，安装在电动排缆丝杆上且配设有压线轮，计米器通过电线与电动控制箱7相连接；

所述的投放系统，主体为光纤缆支架14，通过支架固定螺丝15固定在船的船舷16上；所述的光纤缆支架，上方固定有滑轮18，中间设置有定位线轮(17)；

所述的铠装光纤缆4，顶端与线轮固定相连接后其缆缆体缠绕在线轮的轴体上，没有缠绕在轴体上的缆体搭在电动排缆丝杆上并由压线轮之下穿过，由压线轮穿过后的缆体在定位线轮17上绕两圈并从滑轮18穿过后其末端与测量系统相连接；

所述的测量系统包括配重铅块19和定标温深仪20：所述的配重铅块19与铠装光纤缆4的末端固定连接，配重铅块19的下方挂接定标温深仪20。

本发明中，所述的装置还包括电源系统，为220伏交流电源13、24伏直流锂电池两种方式供电，为电动绞车1、电动控制箱7、线轮控制系统、信号发射接收机10和监控电脑12以及其他控制系统提供电源。

本发明中，所述的线轮3，其主体为圆柱形的中心轴体，中心轴体的左端和右端分别设置有一个轴承；中心轴体的左端安装有一个单层结构的圆盘形的左轮、右端安装有一个双层结构的圆盘形的右轮，左轮、右轮的表面分别与中心轴体的左端面、右端面平行，且左轮、右轮的圆心与中心轴体的轴线位于同一直线上；左轮和右轮的中心分别挖设有圆孔，两个轴承分别穿过圆孔后露在左轮、右轮外表面的外部；位于左轮外表面外部的轴承与所述的线轮电机(8)固定相连。

本发明中，所述的线轮3，配设有线轮支架，包括横支架和与之固定相连的两个竖支架，两个竖支架彼此之间相互平行且位于横支架的同侧，两个竖支架均与横支架相垂直；所述的横支架通过螺丝固定在电动绞车1，所述的两个竖支架的顶端分别配设有一个轴承环；所述的轴承套入轴承环内且能够沿着轴承环旋转，从而带动中心轴体旋转。

本发明中，所述的右轮的双层结构内设置有光纤接头11，光线接头设置有两个接口，铠装光纤缆4的顶端与其中一个接口相连接后再缠绕在中心轴体上，光纤缆与另一个接口相连接后再与信号发射接收机10相连接。

本发明中，所述铠装光纤缆4，如图2所示：由外至内包括PE外护套21、绞合不锈钢丝22、无缝钢管23和光纤25：所述的光纤25位于无缝钢管23的中央，周围填充有光纤油膏24；所述的无缝钢管的外部均匀分布有一圈绞合不锈钢丝22，绞合不锈钢丝22的外部设置E外护套进行密封。

本发明中，所述铠装光纤缆4，共计500米，外径3.5mm，允许长期拉伸力大于750Kg，抗压强度≥35Mpa，长期工作温度-40℃～+85℃；所述铠装光纤缆4，其内的光纤为两根，测温时一般使用一根光纤，另一根光纤做为备用。

本发明中，所述的电动排缆丝杆5，主体为丝杆，丝杆上均匀分布有放置铠装光纤缆用的光纤缆槽，丝杆的一端配设有步进式电机、另一端配设有定位传感器，步进式电机通过电线与电动控制箱7相连接。

本发明中，所述的计米器6，配设有米数显示屏，计米器通过电线与电动控制箱7相连接。

本发明中，所述的电动控制箱7还通过电线与线轮电机8相连接，能够控制线轮电机8的启动及正转和反转。

本发明中，所述的滑轮18，采用吊轮结构，在一定的角度下能够自由转动，以适应风浪流对光纤缆造成的倾斜。

本发明中，所述的配重铅块19，重量为10公斤。

本发明中，所述的信号发射接收机10，由激光器、波分复用器、光电探测器、数据采集器和数据处理及存储器(CPU)组成：信号发射接收机中的激光器发射出脉冲激光，作为入射光的脉冲光经过波分复用器后注入铠装光纤缆4中，由于非线性作用，脉冲光在铠装光纤缆中各个位置产生受激拉曼散射效应，背向的拉曼散射光中包括斯托克斯光和反斯托克斯光，其中的反斯托克斯光的强度与温度相关；背向散射的斯托克斯光和反斯托克斯光沿着铠装光纤缆反射回来再次经过波分复用器，斯托克斯光和反斯托克斯光被分别滤出，光电探测器分别探测出这两束光的光强并分别转化成电信号，数据采集器把得到的电信号且进行数字采样后输送至数据处理及存储器(CPU)中，数据处理及存储器对数据进行计算处理后传送至监测电脑上(如图3所示)。

本发明还提供一种利用上述装置进行船载测量海洋内孤立波振幅的方法，包括以下步骤：

(1)将电动绞车1通过底盘固定螺丝2固定于船的甲板上、光纤缆支架14通过支架固定螺丝15固定在船的船舷16上；再将线轮3通过线轮支架和螺丝固定在电动绞车3，同时将线轮电机8安装在线轮上；然后将电动排缆丝杆5通过支撑固定装置固定在电动绞车上，将计米器6安装在电动排缆丝杆上；最后将信号发射系统、电动控制箱7、铠装光纤缆4、测量系统和电源系统均放置在船的甲板上；

(2)将铠装光纤缆4的顶端与线轮上的光纤接头11相连接，铠装光纤缆的缆体缠绕在线轮的中心轴体上，剩余的绳体搭在电动排缆丝杆5的光纤缆槽上并由计米器6压线轮之下穿过，由压线轮穿过后的缆体在位于光纤缆支架14上的定位线轮17上绕两圈并从滑轮18穿过；将电动排缆丝杆5、计米器6和线轮电机8分别通过电线与电动控制箱7相连接，将信号发射系统中的信号发射接收机10与检测电脑12通过数据线相连接；最后将电动绞车1、线轮电机8、电动控制箱7、信号发射接收机10和监控电脑12分别与电源系统相连接；

(3)在断开光纤缆和信号发射接收机10的前提下，将计米器清零，将铠装光纤缆4的末端与测量系统的配重铅块19相连接，配重铅块19的下方挂接定标温深仪20，手动投放铠装光纤缆4，投放到预定缆长后，将定位线轮17用插销锁住，减轻铠装光纤缆4及配重铅块19对线轮3的拉力负荷；线轮电机8通过遥控器或者电动控制箱上的控制键控制启动及正反转，电动控制箱能够调节电动排缆丝杆运行速度便于和线轮的旋转速度匹配，电动控制箱还能够设置记米方式及显示方式；

(4)投放完毕后，利用光纤缆将信号发射接收机与线轮上的光纤接头11相连接并开始测量：信号发射接收机中的激光器发射出脉冲激光，经过波分复用器后注入铠装光纤缆4中，脉冲光在铠装光纤缆中各个位置产生受激拉曼效应，背向散射的斯托克斯光和反斯托克斯光沿着铠装光纤缆反射回来再次经过波分复用器，斯托克斯光和反斯托克斯光被分别滤出，光电探测器分别探测出这两束光的光强并分别将其转化成电信号，数据采集器把得到的电信号进行数字采样后输送至数据处理及存储器(CPU)中，对数据进行计算处理后传送至监测电脑上；经过预定时间的测量后，断开光纤缆和信号发射接收机的连接，电动回收铠装光纤缆；定标温深仪在投放过程、光纤测量过程和回收过程均在实时测量光纤缆末端的深度及相应温度，并将数据保存在内置存储卡上。

下面结合具体的实施例，对本发明进行阐述：

实施例1：

本发明提供一种船载测量海洋内孤立波振幅的装置，包括电动绞车1、铠装光纤缆4、信号发射接收系统、线轮控制系统、排缆系统、计米系统、光纤缆支架、投放系统和测量系统：

所述的电动绞车1，通过底盘固定螺丝2固定在船的甲板上，电动绞车配设有线轮3；

所述的线轮3，其主体为圆柱形的中心轴体，中心轴体的左端和右端分别设置有一个轴承；中心轴体的左端安装有一个单层结构的圆盘形的左轮、右端安装有一个双层结构的圆盘形的右轮，左轮、右轮的表面分别与中心轴体的左端面、右端面平行，且左轮、右轮的圆心与中心轴体的轴线位于同一直线上；左轮和右轮的中心分别挖设有圆孔，两个轴承分别穿过圆孔后露在左轮、右轮外表面的外部；位于左轮外表面外部的轴承与所述的线轮电机8固定相连；所述的线轮3，配设有线轮支架，包括横支架和与之固定相连的两个竖支架，两个竖支架彼此之间相互平行且位于横支架的同侧，两个竖支架均与横支架相垂直；所述的横支架通过螺丝固定在电动绞车1，所述的两个竖支架的顶端分别配设有一个轴承环；所述的轴承套入轴承环内且能够沿着轴承环旋转，从而带动中心轴体旋转；所述的右轮的双层结构内设置有光纤接头11，光线接头设置有两个接口，铠装光纤缆4的顶端与其中一个接口相连接后再缠绕在中心轴体上，光纤另一个接口与信号发射接收机10相连接；

所述的信号发射接收系统，包括信号发射接收机10和监控电脑12：所述的信号发射接收机通过光纤与铠装光纤缆4相连接，所述的监控电脑通过数据线与信号发射接收机相连接；所述的信号发射接收机10，由激光器、波分复用器、光电探测器、数据采集器和数据处理及存储器(CPU)组成；

所述的线轮控制系统，包括线轮电机8和绞车遥控器9：线轮电机安装在线轮的一端从而带动线轮旋转，绞车遥控器能够远程遥控控制线轮电机的启动及投放时正转和回收时反转；线轮电机8还通过电线与电动控制箱7相连接，电动控制箱能够控制线轮电机8的启动及正转和反转；

所述的排缆系统，主体为电动排缆丝杆5，通过支撑固定装置固定在电动绞车上；电动排缆丝杆5的主体为丝杆，丝杆上均匀分布有放置铠装光纤缆用的光纤缆槽，丝杆的一端配设有步进式电机、另一端配设有定位传感器，步进式电机通过电线与电动控制箱7相连接；

所述的计米系统，主体为计米器6，安装在电动排缆丝杆上且配设有压线轮，米器配设有米数显示屏，计米器通过电线与电动控制箱7相连接；

所述的投放系统，主体为光纤缆支架14，通过支架固定螺丝15固定在船的船舷16上；所述的光纤缆支架，上方固定有滑轮18，中间设置有定位线轮(17)；

所述铠装光纤缆4，由外至内包括PE外护套21、绞合不锈钢丝22、无缝钢管23和光纤25：所述的光纤25位于无缝钢管23的中央，周围填充有光纤油膏24；所述的无缝钢管的外部均匀分布有一圈绞合不锈钢丝22，绞合不锈钢丝22的外部设置E外护套进行密封；所述铠装光纤缆4，共计500米，外径3.5mm，允许长期拉伸力大于750Kg，抗压强度≥35Mpa，长期工作温度-40℃～+85℃；所述的铠装光纤缆4，顶端与线轮固定相连接后其缆体缠绕在线轮的轴体上，没有缠绕在轴体上的缆体搭在电动排缆丝杆上并由压线轮之下穿过，由压线轮穿过后的缆体在定位线轮17上绕两圈并从滑轮18穿过后其末端与测量系统相连接；所述的滑轮18，采用吊轮结构，在一定的角度下能够自由转动，以适应风浪流对光纤缆造成的倾斜；

所述的测量系统包括配重铅块19和定标温深仪20：所述的配重铅块19与铠装光纤缆4的末端固定连接，配重铅块19的下方挂接定标温深仪20；所述的配重铅块19，重量为10公斤；

所述的装置还包括电源系统，为220伏交流电源13、24伏直流锂电池两种方式供电，为电动绞车1、电动控制箱7、线轮控制系统、信号发射接收机10和监控电脑12以及其他控制系统提供电源。

实施例:2：利用实施例1装置进行一次内孤立波振幅观测的实例描述：

各部分安装完成后，将激光器将激光调制成10ns的脉冲光；数据采集器把得到的电信号进行数字采样，按照100MHz的采样率进行采样；在海水中投放后的铠装光纤缆由于浪流作用会倾斜、弯曲，所测温度对应的位置并不是相应的深度，需要确定深度和铠装光纤缆的缆长的函数关系；利用定标温深仪的下降剖面和上升剖面温度及深度数据结合光纤在测量过程的剖面温度值进行深度和缆长的非线性函数关系拟合，利用拟合方程确定铠装光纤缆所测温度和深度的对应关系；由于在测量过程中铠装光纤缆还会上下漂移，利用铠装光纤缆测量温度过程中的定标温深仪数据再进行逐点对测量拟合方程的深度修正；当海洋内孤立波到来时，会使剖面温度变化，利用经过修正后的长时间序列剖面温度数据即可获得内孤立波的振幅，拟合方程为：

D＝7.4453×10

其中：D为海水深度(m)，L为铠装光纤缆的长度(m)，将光纤缆长代入方程即可获得相应的测温深度。

在2020年12月10日，于(117.62°E，20.99°N)位置停船布放分布光纤测温装置。从9:12-20:47连续探测11小时35分钟，光缆入水长度约470米，

如图4所示，选取TD上升段的温度和深度数据和光缆测温最后10次的平均数据利用拟合方程(1)进行高阶非线性拟合。

从图6可以获得在整个测量过程中末端的上下波动(虚线表示光纤测温主机开关机时间)，

说明不同时刻光纤测温的总深度并非恒定，需要以不同时刻TD测得实际深度值和校正后总深度值比例因子做为修正系数，对每一时刻的深度进行二次修正，得到每一时刻光纤测温位置点对应的真实深度。

在17:49-18:40时间段发现较大振幅内孤立波,大约18：13出现了内孤立波最大振幅。选择18℃、20℃、22℃、24℃四条等温线的变化做为内孤立波振幅的估算依据，等温曲线如图7所示，4条等温线对应的振幅分别为135米、127米、111米和105米，平均振幅120米。

上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。