一种基于光纤传感的海流分布监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及海流监测技术领域，具体而言，涉及一种基于光纤传感的海流分布监测装置。


背景技术：

2.海流是指海水大规模相对稳定地流动，是海水普遍的运动形式之一。由于海流对全球气候的稳定和生态的平衡起着至关重要的作用，同时又对沿海人民的生活、生产和海洋的开发利用产生很多影响，因此海流测量技术一直是海洋行业所关注的焦点之一。
3.目前已有的海流测量技术包括漂浮法、机械式、电磁感应式、声学式和雷达遥感等方法。但是，如何在全海深范围内对海流速分布进行实时监测，仍为尚待解决的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种基于光纤传感的海流分布监测装置，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。
5.根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种基于光纤传感的海流分布监测装置，所述装置包括传感光缆、缆绳、光纤传感解调单元、绕缆盘和锚体，所述传感光缆固定在所述缆绳上构成传感光缆单元，所述光纤传感解调单元与所述传感光缆连接，所述缆绳一端连接所述绕缆盘，所述缆绳的另一端由所述锚体连接，所述锚体固定在海底。
6.可选的，所述绕缆盘和所述光纤传感解调单元设置在母船或者海上平台上。
7.可选的，所述光纤传感解调单元与所述传感光缆内的光纤进行连接。
8.可选的，所述传感光缆为多芯光缆，所述光纤为单模光纤或内置微结构的单模光纤。
9.可选的，所述传感光缆单元由所述第一单元长度的传感光缆与所述第二单元长度的缆绳的两端分别固定在一起组成。
10.可选的，所述第一单元长度大于所述第二单元长度。
11.可选的，所述传感光缆上设置有柔性旗状物，包括长方形、三角形。
12.可选的，所述缆绳与所述传感光缆之间为刚性连接。
13.本实用新型实施例的创新点包括：
14.1、本实用新型提出的一种基于光纤传感的海流分布监测装置，相比现有技术，本实用新型提出的监测装置结构简单，在水下不需要单独供电和通讯，易于实施。是本实用新型实施例的创新点之一。
15.2、本实用新型提出的一种基于光纤传感的海流分布监测装置，传感光缆上安装有柔性旗状物，相比现有技术更容易随海流飘动，从而带动传感光缆振动，提高传感光缆单元检测振动频率的灵敏度。是本实用新型实施例的创新点之一。
16.3、本实用新型提出的一种基于光纤传感的海流分布监测装置，传感光缆可以采用多芯光缆，以便光纤传感解调单元能够同时检测多个传感光缆单元检测到的振动频率。是
本实用新型实施例的创新点之一。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型中的一种基于光纤传感的海流分布监测装置的一种结构示意图；
19.图2a为本实用新型中的一种基于光纤传感的海流分布监测装置的另一种结构示意图；
20.图2b为本实用新型中的一种基于光纤传感的海流分布监测装置的再一种结构示意图；
21.图3a为本实用新型中传感光缆单元的一种结构示意图；
22.图3b为本实用新型中传感光缆单元的另一种结构示意图；
23.图4为本实用新型中传感光缆的光缆截面示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.需要说明的是，本实用新型实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、产品或设备固有的其它步骤或单元。
26.本实用新型的目的是提供了一种基于光纤传感的海流分布监测装置，以解决现有技术存在的问题。
27.本实施例中的一种基于光纤传感的海流分布监测装置，如图1所示，图 1为本实用新型中的一种基于光纤传感的海流分布监测装置的一种结构示意图，在图1中，包括传感光缆1、缆绳2、绕缆盘3、光纤传感解调单元4和锚体5。
28.传感光缆1固定在缆绳2上构成传感光缆单元，光纤传感解调单元3 与传感光缆1连接，缆绳2一端连接绕缆盘4，缆绳2的另一端由锚体5 连接，锚体5固定在海底。
29.如图2a所示，图2a为本实用新型中的一种基于光纤传感的海流分布监测装置的另一种结构示意图，在图2a中，包括传感光缆1、固定点11、缆绳 2、绕缆盘3、光纤传感解调单元4、锚体5和船体7。
30.具体的，缆绳2一端连接绕缆盘3，另一端由锚体5将缆绳2通过张力拉紧，传感光缆1通过固定点11固定在缆绳2上，构成传感光缆单元，传感光缆1以自由状态随海水流动而振动；传感光缆1在上端通过光纤连接到设置在船体7上的光纤传感解调单元4。
31.其中，海流作用在传感光缆1上时，会在传感光缆1后形成水流漩涡，这种现象称为卡门漩涡现象。由于卡门漩涡上下交替产生并且不断离开光缆逐渐消失，可以对传感光缆1形成上下交替的力，在传感光缆1上产生振动，因此，传感光缆单元可以检测在当前所处海水深度中，由于卡门旋涡在自身所产生振动的振动频率。
32.具体的，在使用过程中，锚体5固定在海底，缆绳2被张紧处于相对静止状态。
33.其中，绕缆盘3和光纤传感解调单元4安装在母船上或者海上平台上，光纤传感解调单元与传感光缆内的光纤进行连接，监测传感光缆的振动情况。
34.具体的，光纤传感解调单元4与传感光缆内的光纤上段连接，用于获取上述传感光缆单元检测到的所述振动频率。
35.具体的，光纤传感解调单元4可以获取传感光缆单元检测到的振动频率，可以理解的，振动频率与传感光缆单元所在海水深度的漩涡脱离频率相等。
36.可以理解的，传感光缆单元可以测量到振动频率，将检测到的振动频率作为漩涡脱离频率，进而计算出海流流速。
37.具体的，根据各所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速，以及各所述传感光缆单元所处的海水深度，即可得到全海深范围内不同海水深度的海流流速，从而得到该处全海深的海流分布。
38.参考图3a，图3a为本实用新型中传感光缆单元的一种结构示意图，所述第一单元长度的传感光缆1与所述第二单元长度的缆绳2的两端分别固定在一起，组成所述传感光缆单元；所述第一单元长度大于所述第二单元长度。第一单元长度的传感光缆1和第二单元长度的缆绳2的具体的固定点为a和点b；传感光缆1的第一单元长度大于缆绳2的第二单元长度这样，传感光缆1可以随海流震动。
39.需要说明的是，所述传感光缆单元由第一单元长度的传感光缆和第二单元长度的缆绳组成；所述传感光缆和所述缆绳分别被等间距划分为多个第一单元长度的传感光缆和多个第二单元长度的缆绳。
40.在实际应用中，缆绳与传感光缆均为垂直海底的放置的海水中，缆绳和传感光缆互相并行。缆绳与传感光缆以预设的距离，等间隔进行点式固定。
41.如图2a和图3a所示，在图3a中，点a和点b为固定点，在图2a中，固定点11将缆绳和传感光缆划分为传感光缆单元a、传感光缆单元b和传感光缆单元c。
42.可以理解的，缆绳的作用是承受锚力，传感光缆的作用是受海流压力激励而振动。传感光缆的结构设计相对柔软，能跟随海流而运动。
43.具体的，传感光缆的总长比缆绳的总长要长，二者的长度可以达到几十公里。缆绳和传感光缆构成了一连串的传感单元。
44.需要说明的是，缆绳与传感光缆之间固定是刚性连接，固定后相对位置不会滑动，可以是铆接、焊接或者其它固定方式。
45.可选的，所述光纤传感解调单元采用相位敏感的光时域反射(opticaltime-domain reflectometer，otdr)技术，获取各所述传感光缆单元检测到的所述振动频率。
46.需要说明的是，光纤传感解调单元可以根据不同的光纤类型，采用不同的技术进行解调处理，以得到传感光缆单元的振动谱。
47.可选的，由于传感光缆不承受张力，因此传感光缆可以采用海底通信光缆中的光
单元结构，可以选择单芯光缆，也可以选择多芯光缆，以便扩展光纤传感解调单元功能，能够同时监测光缆的多个状态量。
48.传感光缆内的光纤可以是普通通信单模光纤，或者是内置微结构的单模光纤。其中，微结构可以是全同弱光纤光栅或者不同反射波长的光栅，或其它可以监测振动的特殊结构。
49.如图4所示，图4为本实用新型中传感光缆的光缆截面示意图。在图4 中，单模光纤为407，阻水纤膏为408，松套管为409，阻水材料为410，涂塑钢带为411，聚乙烯护套为412。其中，传感光缆中的光纤7留有一定余长，以便保护光纤不受张力。阻水油膏408可以防止水和潮气渗入松套管409内，同时避免光纤产生径向应力。
50.由于本实用新型利用的是光纤的振动信号，因此，阻水油膏具有振动传递的作用，同时，还能够保护光纤不受到应变。此外，为了保持传感光缆的柔软性，传感光缆不采用不锈钢管结构。
51.优选的，提供一种基于光纤传感的海流分布监测装置的再一种结构，如图2b所示，图2b为本实用新型中的一种基于光纤传感的海流分布监测装置的再一种结构示意图，在图2b中，包括传感光缆1、固定点11、缆绳2、绕缆盘3、光纤传感解调单元4、锚体5、柔性旗状物6和船体7。
52.具体的，缆绳2一端连接绕缆盘3，另一端由锚体5将缆绳2通过张力拉紧，传感光缆1通过固定点11固定在缆绳2上，构成传感光缆单元，传感光缆1以自由状态随海水流动
53.参考图3b，图3b为本实用新型中传感光缆单元的另一种结构示意图。如图3b所示，所述第一单元长度的传感光缆1与所述第二单元长度的缆绳2 的两端分别固定在一起，组成所述传感光缆单元；可以在缆绳2与传感光缆 1等间距分割后得到的各传感光缆单元上安装柔性旗状物6，这样，水下旗状物6更容易随海流飘动，从而带动传感光缆振动，提高传感光缆单元检测振动频率的灵敏度。
54.可选的，上述柔性旗状物6为规则图形或不规则图形，具体的，可以包括三角形、长方形等规则图形中的一种，也可以是任意一种不规则图形。
55.可见，本实用新型提出的一种基于光纤传感的海流分布监测装置，能够实现全海深范围内海流速分布的实时监测；所述装置包括：传感光缆、缆绳、绕缆盘和锚体，传感光缆固定在缆绳上构成传感光缆单元，光纤传感解调单元与传感光缆连接，传感光缆单元包括传感光缆和缆绳，传感光缆固定在缆绳上，缆绳一端连接绕缆盘，缆绳的另一端由锚体连接，锚体固定在海底。本实用新型提出的监测装置结构简单，在水下不需要单独供电和通讯，易于实施，监测距离长，不仅可以实现全海深的海流分布监测，而且可以进行实时在线的长时间监测。
56.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
57.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。