[发明专利]一种基于光纤光栅原理的海水温度剖面测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沿深度方向测量海水温度分布情况的方法，属测量技术领域。

背景技术

海水温度是海洋调查、监测中的重要内容，是海洋水文、气象观测及调查中不可或缺的技术参数。海水温度剖面的测量对研究海洋科学、海洋环境监测、季节气候预测以及海洋渔业等有十分重要的实用意义。所谓海水温度剖面测量是指沿深度方向测量海水温度分布情况，即给出水深和相应深度处的温度信息，长时间实时观测还要给出对应的观测时间。

目前，国内外均采用温盐深海洋观测仪(CTD)来测量海水温度剖面，温盐深海洋观测仪主要由温度、盐度和压力三种传感器配以电子测量线路构成。它将数据采集器、数据传输单元和电源等电子部件密封在高强度的压力容器内。CTD测温精确度可以达到0.001℃等级，它通过吊放在不同深度逐点巡测温度、盐度和深度，缺点是不能实现实时和长时间同步观测温度剖面的变化。

中国专利“海水温度测量传感器链”提出了一种多探头阵列型准分布式传感器链结构，其结构包括温度传感器、压力传感器、浮子、钢缆、吊挂钢柱、承重钢柱和屏蔽电缆线。其中，灌封式热敏电阻温度传感器镶嵌在浮子上，浮子以5cm至100cm间距配置在钢缆上，钢缆的两端分别用钢缆钢套和钢丝夹子锁定在吊挂钢柱和承重钢柱的钢杯内。压力传感器固定在测温链下端的承重钢柱的上部，一束33根各50m长的屏蔽电缆线由浮子的中心孔穿过，作为传输电缆。

另外，挪威AANDERAA公司的SEAGUARD传感器链系统采用多探头阵列型准分布式传感器链结构，可以用来测量溶解氧、电导率、温度、电流、压力和潮汐等海洋环境参数，基本部件包括传感器链和记录仪。该系统可以采用自容式工作方式，每次投放后开始记录测量数据，经过一段时间的测量后，打捞出水面，提取记录仪中的存储数据进行分析处理。如果选配实时采集和通信传输配件也可以实现实时测量。该系统可以设25个测量点，在每个测量点采用传感器链固定夹具固定传感器，每个夹具中可以固定2个传感器。传感器链总长可达300米，系统采用灌封式热敏电阻温度传感器。

以上两种准分布式传感器链结构虽然克服了CTD只能逐点巡测而不能实时测量的缺点，但是温度链体积庞大，不方便使用绞车收放；整个系统的测量节点数量受供电容量限制，难以满足空间分辨率高(观测节点密集)和测量深度范围大的应用要求；需要考虑海水中的电绝缘和电信号传输过程中的抗干扰与屏蔽问题。

基于光纤光栅原理的分布式光纤传感技术是一种新型的测量技术，具有体积小、电绝缘性能和抗电磁干扰性能优良等独特优点。采用基于光纤光栅原理的分布式光纤传感技术实现海水温度剖面测量需要使用特殊的光缆，这种光缆应该能满足耐受海水腐蚀、具有良好的抗拉和抗压性能、体积小、重量轻、易于布放等特殊要求；另外，由于海流的影响，光缆并不能保持理想的垂直姿态，其长度和实际的水深并不一致，所以要求海水温度剖面测量用光缆能同时感知温度和相应的水深信息。但现有光缆并不能满足以上应用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光纤光栅原理的海水温度剖面测量方法，该方法可以实时和长时间同步观测温度剖面动态变化，所设计传感光缆具有耐海水腐蚀、具有良好的抗拉和抗压性能、体积小、重量轻、易于布放、不必考虑电绝缘和抗干扰与屏蔽问题等优点。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种基于光纤光栅原理的海水温度剖面测量方法，它是将直接与海水接触的以一系列光纤光栅为传感元件的压力传感器串和屏蔽了海水压力的以一系列光纤光栅为传感元件的温度传感器串组合在一起，构成温度传感器与压力传感器一一对应的传感光缆，测量时将传感光缆置于海水中，光缆中的温度和压力传感器采集所在位置的水深和水温信息，利用基于光纤光栅原理的测量系统测量传感光缆中每个温度传感器和压力传感器的布拉格波长，然后根据各传感器的布拉格波长与海水温度及海水压力之间的函数关系解调出海水的温度和深度信息，并绘制海水温度剖面曲线。