海洋仪器中那些设计思路很赞的黑科技

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中文名:自律式拉格朗日环流剖面观测浮标
; n( {3 T# ^  J* _& b$ p: z它是海洋仪器工程界的杰作。布放时只要丢在关注区域,平时随波逐流,定时沉入海底2000米深,下沉和上浮时观测温度、盐度和压强等参数(新型的ARGO还可以搭载溶解氧、营养盐、叶绿素等探头),浮到表层时通过卫星传输数据。目前全球已有近4000个ARGO浮标,分布在全球大洋中。这些浮标是由不同国家的不同机构布放的,大部分是美国,日中法英等国也有。永久改变了物理海洋观测的海洋装置。Argo浮标现在已经有深海版本,耐压可达4000米,更深的6000米的,正在积极研制。不过都是国外生产的,国内的北斗卫星也正在积极大力发展,希望国内可以自己研发出搭载自己卫星的剖面浮标。+ z2 m. {  T' R2 }6 i

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FPSO又称浮式生产储油卸油轮。4 q5 D6 Y+ G% b) n3 ~
对原油进行初步加工并储存,被称为"海上石油工厂"。由船体、负责油气生产处理的上部模块和水下单点系泊系统三部分组成,一般适用于20~2000米不同水深和各种环境的海况,通过固定式单点或悬链式单点系泊系统固定在海上,可随风、浪和水流的作用进行360度全方位的自由旋转。7 M% J& w9 k/ J& W9 D! U+ k
以往海洋石油平台出货,都是通过海底管道往岸上送,70年代开发了大型油气田以后,开始建设大型海洋油气管道,把开采的油气直接输往陆上油气库站。这样的工程施工投资大,在一般海域中铺设一条中等口径的海洋管道需要一支由铺管船、开沟船和10余只辅助作业的拖船组成庞大的专业船队。此外,还需要供应材料、设备和燃料的船只等,总之海洋管道施工费用比陆上同类管道要高1~2倍,同时施工质量要求还很高。不论是在施工期间或投产以后,海洋管道若发生事故,其维修比陆上管道维修困难得多。有了FPSO就完全不同了,大型货油轮可直接靠泊来运输,技术上的革新显而易见。由于其大到几百万立方米的油气处理能力和数十万吨的储油能力,以及极强的适应性(20~1000m水深范围内工作,重现期高达百年,抗大风浪),FPSO比以往的固定式导管架平台+海底管道方案更具经济效率,特别适用于远离海岸的中、深海及边际油田的开发,已成为海上油气开发的主流方式。( U8 _3 ]0 ]! Q+ X1 b
当前全球在役FPSO共有161艘,中国第一艘FPSO-52000吨"渤海友谊"号由708所设计、上海沪东中华造船(集团)有限公司建造,于1989年7月完工并投入海上油田生产。目前中国已经成为全球最大的FPSO制造与应用国,所拥有的FPSO数量与总吨位均居世界首位。
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ADCP 声学多普勒流速剖面仪。
  |1 a) |, h7 W单纯测海水流速流并不容易,所以这项仪器改测海水里面的小物质,杂质,气泡等,通过他们的运动来确定流速流向。
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CTD温盐深测量仪。
% h# g7 y7 ?9 D6 q/ _电极式直接接触海水,通过海水离子导电性测量电导率,电感式测量法,测量通过传感器探头之间回路的离子变化,计算出电导率。其中一款较为惊奇的CTD是将CTD,单点海流计,以及溶解氧,叶绿素浊度等传感器,集成到一个主机平台上,做成一个潜标(即在水面二三百米以下的浮标系统),最底部挂一重物,水泥墩之类的,提供重力,将整个系统拉到海底,水泥墩上面是声学释放器,再往上就是钢缆以及凯夫拉绳,最上面挂一些浮球,提供浮力,将整个锚系系统拉直,在水里呈悬浮状态。主机平台就挂在钢缆上,保持运动直到电量耗光或者设定的程序终止。测量该潜标系统在该位置处的CTD剖面数据,以及海流,溶解氧,叶绿素等数据的剖面分布。
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漂流浮标; ]9 o. I; U5 ^7 I: t
种类较多,用途广泛,测海流(主要是大洋环)、搜救、监测溢油等。设计很精巧,主要利用浮力以及水的作用力,流体力学跟结构力学结合的很好,尽力保证浮标能追随着流体,保持相同的速度运动,便于监测。
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2 H1 n( n  A+ A4 j  y" `声纳这里说的声纳是航空吊放声纳。
' g8 U5 B/ E" L5 A* K航空吊放声纳是反潜直升机对水下目标进行搜索、定位、识别、跟踪的最重要手段。先说说声纳探头上有哪些黑科技,声纳探头包括一个圆柱形全向发射换能器,还有一个由多个水听器构成的圆接收阵。在探头内还装有前置放大器、波束形成网络、输出放大器、时变增益控制电路、海水深度温度传感器、磁罗盘以及伺服控制系统、机内测试电路加上多种传感器对水下分机的工作状态进行监控,主要包括温深传感器、倾斜传感器、漏水传感器、罗盘方位传感器、碰撞传感器等,以便更好的掌握和控制换能器的工作状况,提升设备的整体探测效能。( `% J0 M% y) Y2 `5 N" J  B
那说说最有意思的地方,声纳在水底接收信号,要从接收端传输上来,而保持发信号和接收信号是不是需要两根线,正常我们USB拷贝都是AB两根数据线,我们感受一下,我们用绳子吊一个重物,当我们运动时,绳子会不会缠绕起来,而航空吊放声纳就好似我们用绳子吊了个重物,直升机的运动是不规则的,自然而然那两根接收阵的绳很容易缠绕在一起,聪明的工程师们想到为什么不用一根线呢?既可以发射指令又可以接收信号,对就是这么做的,利用SPI通信技术,收发都靠一根线,同时飞机与几百公斤的声纳阵的连接也就就靠这一根绳,即要传输信号也要吊着几百公斤的探测声纳,是不是很厉害?6 d0 u* D; L6 @% d  ?1 d$ z
吊放声纳的低频化要求换能器基阵的尺寸变大,而反潜直升机由于自身空间及载重限制,必须严格控制声纳系统的尺寸和重量,对换能器基阵的尺寸要求更高。目前,解决这一矛盾的有效方法是采用可收放的扩展阵设计。就像变形金刚一样,阵下水一下就变大了。
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超导磁流体潜艇超导磁流体潜艇采用了磁流体推进装置。) Y& U# o3 H" _/ O6 K
超导磁流体推进装置是根据电磁原理设计的。在潜艇上安装电磁铁,通电后,海水中就会有磁力线,同时产生方向与磁力垂直的电流,在磁场和电流相互作用下,由于潜艇与海水之间产生大小相等方向相反的反作用力,潜艇将获得向前运动的推力,推力的大小与磁场强度和电流大小的乘积成正比。; `: L4 a% l. f- e
超导磁流体潜艇的推进系统和电池舱位于艇身两侧,且充分利用舱室空间,布局灵活。动力系统大幅瘦身,意味着火力系统可以扩容,可以搭载更多威力强大的鱼雷和潜艇导弹,使潜艇的水下攻击力更强。
0 p. Z9 P5 C$ r2 }- }* M最重要的一点是,超导磁流体推进器用吸入导流管和喷出导流管替代螺旋桨。在强大的电磁作用下,海水高速进入吸入导流管,经加速后由喷出导流管射出,推动潜艇前进。没有螺旋桨拍打水流,轴承、齿轮系统的减化减少摩擦,这些都使潜艇航行时的噪音降至极低,几乎实现“零噪音”。由于磁流体推进技术取代了传统的螺旋浆推动,超导潜艇的噪声显著降低,普通的反潜声纳对它束手无策,这将大大提高潜艇的隐蔽性和生存能力。  @  }( m  {9 S- a) O$ D2 U
这种潜艇可以潜得更深,且极为灵活,可在水下“跳舞”。其艇身外壳由新型高强度塑钢制成,抗压力是普通潜艇的3倍。一艘超导磁流体潜艇将配备6个以上的磁流体推进器,它们相互之间是独立的,任意改变其中某几个推进器的电流方向和强度,即可改变潜艇的航行状态,实现快速左转、右转、上浮和下沉,比传统潜艇灵活得多。
; l- R+ H: T' j+ _  f8 j超导磁流体推进器的磁体、电极都是相对静止的固定装置,可以通过增强电压提供超大输出功率,从而提高潜艇的航行速度。独特的推进原理和极高的能量利用率将使潜艇具有更好的动力性能。
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传感器及舰载设备' s7 v5 L: H; w
值守式传感器是一种很牛的科学仪器,它不需要人工维护,不需要额外供电,几十年如一日的在海洋上漂浮或某个密度流中悬浮,而且可以实时回传数据给卫星,常用于地理监测,海洋温度,洋流,风向等环境监测。
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6 f4 h3 x) {2 q& M* `$ PFLIP浮式仪器平台0 l. O+ t% x5 d
科考船的一种,可以变形作业。变形时船身可直插入水中。这样设计的目的在于减少海浪导致的船体波动的影响。在测量一些声学参数时,海浪使船产生的波动会影响实验结果。该设备上可承载很多仪器,每种仪器都有两套,地上一套,墙上一套。生活设施也是一样。
2 o) M# S1 [1 ~0 k& a% g/ |+ E下面一起来关注未来24小时海况预报~; _$ @7 k4 v1 r  q+ p
浙江海洋预报% s6 R4 D+ ]' l
8月21日20:00-8月22日20:00
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浙江海域海浪大面预报- F7 k3 t, D% g# u2 e5 E3 c/ M
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今天夜里,杭州湾有0.5-1.0m的轻浪,浙北海域有1.2-1.8m的轻到中浪,浙中南海域有1.0-1.6m的轻到中浪,到明天中午,中南部海域也将增大到1.2-1.8m的浪高。, K' S# S) K; w: X7 p
全省海域风浪稍大,小型船只出海请注意安全。
3 E( h% \) ?( u滨海旅游区预报8 q6 T; k7 s9 C' E
明天,滨海旅游区中,外部海域的嵊泗列岛风景名胜区和南麂列岛风景名胜区的浪高在1m出头,较适宜海上垂钓和游览;其他三个旅游区都是适宜海边观光游玩的。
0 P% i7 Z: h. h足不出户了解更多海洋资讯,点击下方“阅读原文”关注浙江海洋预报网 (www.zjocean.org.cn)
# S) M* A& K/ N: k: H1 N2 ?. I  O+ t浙江省海洋监测预报中心8 {- z' B- l$ e$ l+ y1 H$ ]
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ssouysoyyg
活跃在2021-7-25
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