基于光外差的高精度海水折射率传感器研究

海水折射率测量在海洋学中发挥了重要作用,但对于海洋气候和海水流场监测领域,现有的折射率传感器无法满足应用场景的高精度与高采样率要求。有鉴于此,文中基于光外差干涉原理设计了海水折射率传感器,分析了该原理下的散粒噪声、相位解调噪声对传感器折射率测量的影响,研制了高精度海水折射率传感器样机,其采样频率为24 kHz,折射率变化量测量值的标准偏差为1.5848×10^(-8)RIU,该技术促进了海水折射率测量在海洋气候及海洋洋流等领域的应用。

基于蒸馏水的海水折射率设备标定方法

在对海水折射率测量设备进行标定时,针对现有标定方法存在量少价高和操作繁杂等问题,文中首先基于现有的海水折射率经验模型,参考南海海域0~2000 m范围内温度和盐度的动态范围,计算得到相应折射率的动态范围。提出一种基于蒸馏水的海水折射率测量设备标定方法,选定蒸馏水介质在符合海洋测量应用的折射率动态范围下,进行了温度为0.1℃步长的折射率测量实验。通过与Tilton经验模型的插值理论值进行对比,验证经验模型获得的理论值准确性,为后续基于蒸馏水的海水折射率测量设备的标定应用选定了可信的数据集。

基于光栅结构的波长可控型海水折射率传感器

光纤型表面等离子体共振(SPR)传感器波长通常处于可见光波段,为使该类器件工作在光通信窗口,提出一种基于光栅结构的波长可控型海水折射率传感器,传感器传感区域由镀有光栅结构的侧边抛磨光纤构成。研究了传感区域横截面的电场强度分布、光栅不同结构参数与SPR传感器波长的关系以及在海水折射率范围内随着折射率变化共振波长的变化趋势,最后分析了共振波长与折射率两者的关系,得出该传感器灵敏度为5650 nm/RIU,分辨率可达到1.77×10^(-6) RIU,可实现快速、高灵敏度的海水折射率测量。

基于遮光效应的海水折射率测量实验研究

光束穿过液体时会在其与空气的界面处发生全反射产生遮光效应,形成圆状的遮光图样,其半径与液体折射率相关。依据遮光效应原理,以氦氖激光器为光源,搭建海水折射率测量实验装置,改进了定标方法并利用高分辨率的单反相机采集海水的遮光效应图样。通过MATLAB编程对遮光图样进行数字图像处理反演海水的折射率,实验中还测量了不同温度下海水的折射率,得到海水折射率与温度变化基本呈线性关系。研究结果表明,本实验方法易于实现,重复性好,测量精度较高,应用于海水折射率测量是可行的。

项目助推学生实验技能发展——以“海水折射率的测量”为例

项目学习中的真实情境为学生实验技能的提升提供了重要作用。青岛毗连大海,以“如何测量海水的折射率”为项目主题,学生自主探究得到插针法、照相法、刻度尺法、量角器法、圆板法、玻璃砖法等多种测量方法。这些方法综合应用了折射定律、全反射现象、相对折射率等知识,学生在完成项目的过程中整合利用物理光学知识,促进了学生对光学观念的理解,提升了学生的实验技能。

利用多角度偏振信息计算海水密度研究初探

提出一种利用多角度偏振信息计算海水密度的方法,从多角度遥感与偏振光遥感的角度,找出海水的偏振特性与海水密度之间的函数关系,利用海水偏振特性与海水折射率特性对海水密度进行计算,扩展现有遥感应用的领域,同时为海洋基本参数反演开拓新思路.

光镊在深海环境中的捕获特性

在深海原位环境下精确捕获和收集单个目标微生物是当前深海微生物研究中的一大挑战。设计了一个应用在深海环境中的光镊捕获系统方案,系统包含光镊模块、微流控芯片、耐压外罩等部分,可实现原位捕获收集深海微生物。建立了位于南海北纬18°附近,1.5 km深处的海水折射率模型,预估了深海对光镊系统激光功率的损耗。使用T矩阵法计算对比了光镊在深海中和陆地上的纯水中对不同折射率和不同大小的球形微生物的捕获力。结果表明,相比于纯水中,光镊在1.5 km的深海中的最大轴向捕获力平均降低了25%,最大横向捕获力平均降低了20%。本研究可为未来基于光镊技术开发的深海微生物分选设备的下海实验提供参考。

机载激光测深在我国海道测量中应用的可行性研究

自1968年美国纽约州叙拉古(Syucause)大学研究中心的G.D.Hichman首先提出了用激光脉冲测量的想法,并在1969年的《环境遥感》杂志上发表了题为“用于测量近岸水域的机载脉冲式激光机”一文以来,世界海洋大国相继对机载激光机进行了研制;美国、澳大利亚走在最前列。到目前为止,已有数十台机载激光测深仪问世,并投入使用。 本文将主要介绍机载激光测深原理,激光能量传播定理、扫描格式、各国机载激光测深仪发展及性能.并对机栽激光的应用领域和我国海道测量中的应用可行性进行研究。提出了发展我国机载激光测深系统的设想。

POS数据用于双介质水下地形摄影测量的研究

本文以双介质摄影测量的基本公式为基础、海水为介质,利用POS数据进行双介质水下地形摄影测量研究。文中介绍了机载POS系统及双介质摄影测量基本公式,论述了海水折射率和由折射引起的高程改正系数的求解,提出了双介质相对定向和直接定向的计算方法,最后用模拟数据进行验证。