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海流观测中常用的海流计 - 声学多普勒流速仪原理

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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。

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一、机械旋桨式海流计

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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。

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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。

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二、电磁海流计

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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。

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三、声学多普勒海流计

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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。

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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。

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四、声学多普勒海流剖面仪

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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。

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五、漂流浮标测流

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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。

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六、Marotte HS海流计

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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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应用场景

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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。

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海流计特点:

使用简单 : z5 L. j+ D* B

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: H# `. H# e( ~* k4 B6 M2 S/ U1 C

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) V' X# [7 c; t% R

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 6 N, E9 b: G2 ~4 ^; `

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 2 z0 q* S& r; U

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 5 a2 f' c& w' \* E- b- g" x

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。

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海流计的应用:

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-珊瑚礁的局部水动力学

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-水产养殖

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-河流流量环境监测

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-教育

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海流计的实例数据:

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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。

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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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