, Z! L: V! g0 f9 `& r" u" f! ? 能将海水运动的流速、流向观测出来并提供给人们进行分析的仪器,我们统称为海流计,即计量海水流动的仪器。根据其流速测量原理,可以将其分为机械旋桨式海流计、电磁感应式海流计、声学多普勒海流计和漂流浮标四个基本种类。 % _$ F) i: z3 ~! _/ b, }
一、机械旋桨式海流计 ) Y* P% h* t% k6 w; J d* S
基本原理:依据旋桨叶片受水流推动的转数来确定流速,用磁盘确定流向。 7 }( n/ Z, g) `+ J5 e& v7 E
缺点:螺旋桨是其不可或缺的基本部件。但由于它直接暴露在水体中,不可避免地受到漂浮物和附着生物的影响,从而导致流速测量不准。 + m5 C, _! Q' m* n- P4 r9 T- T4 z' G
二、电磁海流计
8 u5 p. \8 j2 r! [# m' b 基本原理:流过一个环形线圈的电流在传感器周围产生一个磁场,流动的水体作为一个运动的导体切割磁力线时,根据法拉第感应定律,在磁场中运动的导体产生电势,根据电势和水流速度的比例关系得到水流的相关数据。 4 H! k& l$ o! E$ p1 p- t
三、声学多普勒海流计 3 ]& ~; ?& }+ }3 {) S- o4 e3 u+ c$ R
基本原理:当观测对象和观察者做相对运动时,观察者释放的超声波经被测对象反射回来之后,接收到的频率就会和原频率不同,这就是多普勒频移。因此,相对于探头随水移动的小颗粒、小气泡也会使探头发出频率的改变,且随水中悬浮运动速度的增加而增加,由此测出多普勒频移,也就测出了水的流速。
% Q' z" u2 U( Q) Q 缺点:在水下的仪器本身是超声波发射者,因此发射能量、电池寿命和声波衰减等问题不易解决,从而限制了该类仪器的发展。
- u- U S3 v7 e8 W* G0 U) I4 Q 四、声学多普勒海流剖面仪
9 N- Y% r) `6 d& z* G: U# ?% N! V 基本原理:同上。不同的是它有四个发射超声波的探头,可以测量两个方向的水平和垂直流速,从而得到这两个方向流速的空间矢量,将它们合成后,就得到某一个特定点上的真实的流速矢量。它一次可以测量一个剖面上若干层水流速度的三维分量和绝对方向。
6 Z& e1 }4 S- P; ?' S 五、漂流浮标测流
4 C+ F: z$ r2 X$ b5 ] 漂流浮标具有体积小、重量轻等优点,在海洋观测中优势日渐突出。它能在恶劣海况下全天候或全天时工作。
3 v; F0 @ U# v ] 六、Marotte HS海流计 ) K1 x* g! ^! v3 R" e5 C& v' a2 m
Marotte HS海流计是水德科技代理的一款产品,由澳大利亚MGL公司生产提供。
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澳大利亚MGL公司——Marotte HS海流计
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6 f5 @& l1 v/ G! Q) [ 应用场景 & w, O2 ?3 j s- {
' i# P/ W$ M: }" b J Marotte HS(高采样率)是下一代拖倾式海流计,它配备了新式外壳并能定制化内部电子元件。快速测量的灵敏度得到了提高,配备的磁力计可以使之能对方向进行测量,而无需在部署前知道仪器的方向。 & O/ Z' e. k( f7 X- o
海流计特点: 使用简单
6 \4 q% l/ s- ~( p: X 只需插入SD卡并打开电源开关即可开始记录,无需再怀疑仪器是否已正确启动。 改进的倾斜传感器
' o/ i. [$ t+ P1 s( n% f1 R 倾斜传感器同时使用加速度计(倾斜)和磁力计(罗盘),可实现精确的方向测量,而无需在部署时知道设备的方向。 坚固的 ABS 外壳1 v8 \/ J4 S! J' X1 t) @
注塑外壳提高了低速时的灵敏度,同时减少了高速时形成涡流。 高采样率9 l6 [) _ H8 p4 S1 a
该仪器每秒采样可达两次,并能对采样值进行平均。此功能可以测量长波周期。可根据要求提供更高的采样率。 存储容量大5 W1 \/ K4 c7 a" l
数据记录在8GB Micro SD卡上。无需再牺牲部署长度或采样率。可用1Hz的频率部署五到六个月。 高效电源
+ z2 Y# e' E/ z) ^6 B7 W5 v& s 该仪器使用两节标准碱性AA电池供电,无需充电或更换昂贵的电池。由于电源高效,该仪器可以使用一组电池以1Hz采样频率运行5到6个月。
# L) |- w7 |* K# t5 | 海流计的应用: $ h* z: D- T3 p# \4 B! w9 K
-珊瑚礁的局部水动力学 8 B: ^, E& y& w$ w
-水产养殖 6 y# _4 F- D4 a" P* l
-河流流量环境监测 % C$ C: W6 S' ?! ^
-教育
9 p q' B. s# R9 a: q 海流计的实例数据:
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) E6 H& }( k3 i& s 图1显示了当前的速度和方向是如何随着时间变化的,方向的变化显示为不同的颜色。 & A- x8 A: Y; o! N1 j$ y
图2显示了二维彩色图上的波谱,最主要的波浪周期显示为暗红色,最次要的波浪周期显示为蓝色。
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