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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。 " l0 u$ D* P8 Y4 U5 X4 q
一、机械旋桨式海流计
# B* M6 i' o9 P4 k F3 N0 d 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。 ' _0 k6 v5 V U4 E# y
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。
7 Z2 E5 Q, i g' O% ?4 T 二、电磁海流计
. h- I/ `( ]. Z 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。
$ T1 P! Z+ n( X8 s* c 三、声学多普勒海流计 2 f" M5 r$ X! B
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。 ) ~! l4 J( \* R( E2 i
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。
6 A# n. L/ G" v" S& H6 K 四、声学多普勒海流剖面仪
* h$ s7 v9 F( R7 T- \% n/ ^ 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。
4 L. I8 t5 P: ` 五、漂流浮标测流 - q& [3 V, p7 t/ G: L; x+ ~
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。
4 X! D$ o1 C9 C: p4 [ 六、Marotte HS海流计
3 V* ~# K! E& J4 |9 S* _' \2 y 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。 - Y( _; C7 c+ O" [! l/ A
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澳大利亚MGL公司——Marotte HS海流计 $ t6 i; h) h1 b& B2 M; c% {
% p1 ?# ]6 f- @7 ~/ f# [- P3 A
: g, ^0 ]$ h$ ^, L 应用场景
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6 v4 j( j; D$ { h& @! `& y h1 y 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。 3 z x, U P5 x; C K1 h
海流计特点: 使用简单" ]. T/ [ D2 U" s6 f2 d! y
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) P. W0 ?; e" b/ I# ]+ G% [
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
3 J! K! T, r- E/ ~2 ? 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
; V1 Z1 a4 r. D7 Y 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; K. I5 Y- t/ s' L% k2 Y" _6 Q) H
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
& Y# [7 h+ ^% \$ x4 |, q6 d+ ^" \ 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。 " g$ _6 Z0 h8 o0 }
海流计的应用: . G( O. J+ G) H5 ?
-珊瑚礁的局部水动力学
" L( X0 Y& t- | -水产养殖 ) t9 G7 C" h1 F- ?0 }5 C5 Q
-河流流量环境监测 $ }/ j8 L: _9 s* h' f1 p( C% }. ^
-教育 9 \2 B; ^2 k9 R n& j
海流计的实例数据:
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/ R- c k1 e( h9 G. j* Z6 B, L# X7 A 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。
) H- k0 l N2 H- T4 N. `' a 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。 1 d' I* S7 |! I
/ K; x( l1 W8 t% j$ u, X. B" C, H3 M) Y/ G3 _* Z- W! x
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