海洋仪器中那些设计思路很赞的黑科技 - 海洋浮标测量仪

ARGO 

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中文名：自律式拉格朗日环流剖面观测浮标

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。

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FPSO又称浮式生产储油卸油轮。

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。

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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。

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。

ADCP 声学多普勒流速剖面仪。

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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。

CTD温盐深测量仪。

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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

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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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声纳这里说的声纳是航空吊放声纳。

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。

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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？

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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。

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。

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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。

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。

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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。

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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。

传感器及舰载设备

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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FLIP浮式仪器平台

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。

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下面一起来关注未来24小时海况预报~

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浙江海洋预报

8月21日20：00-8月22日20：00

浙江海域海浪大面预报

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9 {6 e7 e; x1 Q 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。全省海域风浪稍大，小型船只出海请注意安全。 - @1 S! n2 x; W

滨海旅游区预报

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。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) : j8 S$ `$ s" p0 h8 _# ` Q

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