基于海洋资料浮标的单摆式波浪能发电装置仿真模型研究

海洋资料浮标通常利用太阳能对其搭载的海洋监测仪器提供电能。为提高其供电能力,基于浮标的结构和运动特点,提出一种波浪能发电装置。该发电装置由将波浪能转换为机械能的单摆和将机械能定值输入到发电机的储能机构组成。基于势流理论建立含有发电装置浮标的水动力学方程,在求解水动力学方程的基础上,分析单摆运动规律及能量转换性能。研究表明,利用该发电装置能够将波浪能高效而周期性地转换为电能,增加储能弹簧的刚度,可有效提升浮标的供电能力。该研究为海洋资料浮标利用波浪能供电提供有价值的参考。

基于太阳角度的全自动海洋光谱采集控制系统研究

针对海洋水色反演进行人工光谱采集时所存在的采集不连续、数据量少、覆盖海域面积小等问题,研究完成了一种基于太阳角度的全自动海洋光谱采集控制系统。该系统利用数据采集接收模块接收的位置、时间、角度信息进行太阳角度的精准计算,依据得到的太阳角度实时自动调整仪器观测平面的位置和光纤探头的指向角度,并根据光谱采集要求自动控制光纤探头转动,实现对天空光下行辐亮度、参考板上行辐亮度和海水上行辐亮度的采集,实现了海洋光谱采集的全自动控制。仿真分析了中国近海海域太阳方位角的变化情况,得到了中国近海海域太阳方位角的变化规律,保证了仪器观测平面位置调整的时效性和准确性。

基于双目立体视觉的波浪参数遥测方法研究

为了减少测量仪器本身对测量结果的影响并且提高海洋波浪测量仪器的安全性与可维护性,提出了一种将双目立体视觉技术和数字图像处理技术结合起来应用于目标海域海洋波浪参数测量的方法。该方法采用双目立体视觉系统作为采集平台,包含视频获取、视频图像处理、波浪参数反演等主要模块,反演间隔为0.5 s、共2 048帧的波浪变化视频得到目标海域海洋波浪的波高、波周期与波向参数,参数测量精度满足波高量程为0～20 m、测量波高最大误差为10%、周期精确度0.5 s、波向±10°的要求,依据该方法的测量系统可无接触式测量目标海域的波浪参数,系统布放与维护安全方便。

多层金刚石薄膜制备工艺和应力分析研究

采用热丝化学气相沉积方法,优化金刚石薄膜制备工艺。通过改变甲烷浓度成功制备出厚度均匀的多层金刚石薄膜,实现了多种调制周期的金刚石薄膜制备,调制周期最小至100 nm。通过拉曼光谱和X射线衍射方法对单层以及多层金刚石薄膜进行应力分析,发现单层结构中,微米金刚石薄膜应力最大,随着金刚石晶粒尺寸的减小,薄膜应力减小;多层金刚石薄膜结构中,微米层与纳米层均匀交替生长,有效地降低了薄膜应力,有利于提高金刚石薄膜在应用中的稳定性。

光学溶解氧传感器和Winkler法测定溶解氧的对比研究

依托实验室搭建的溶解氧对比装置,系统研究了不同温度和溶解氧条件下光学溶解氧传感器和Winkler法测定溶解氧的区别。结果表明,光学溶解氧传感器和Winkler法测定溶解氧的结果有较好的相关性,在不同温度条件下两者的相关系数均大于0. 998。在溶解氧浓度低于4 mg·L^(-1)时,光学溶解氧传感器测定值略低于Winkler法;在溶解氧浓度大于4 mg·L^(-1)时,光学溶解氧传感器与Winkler测定差值主要集中在-0. 25～0. 25 mg·L^(-1)。两种光学溶解氧传感器测定结果较为接近,差值小于0. 10 mg·L^(-1)。光学溶解氧传感器测定是一种可靠的溶解氧检测方法,可适用于海洋调查和养殖区的常规在线监测。

基于以太网技术的船舶气象仪通信功能的设计与实现

提出了基于以太网技术的船舶气象仪通信功能的设计方案。将S3C2440A与DM9000AE两种芯片结合使用,设计了船舶气象仪通信板。测试结果表明,该设计实现了船舶气象仪和其他船载设备之间的以太网通信,完全满足船舶气象仪对以太网通信的要求。

基于荧光法的光学海水叶绿素传感器研究

叶绿素浓度是反映海水水质受污染程度的重要指标,目前国内测量主要采用岸边监测或实验室分析,无实时测量海水叶绿素的传感器。为此,提出一种基于荧光法的光学海水叶绿素传感器,首先选用470 nm波长LED作为激发光源,超低噪声、高灵敏度光电二极管作为荧光接收装置,将激发光路与接收光路集成一体,设计了一体化封装光学探头。采用调制解调技术,对激发LED光源进行调制,通过对荧光信号的同步解调以及数字混合迭代滤波算法实现海水叶绿素浓度的原位、长期监测。经过长期海试与实验室性能对比测试证明该传感器具有集成度高、灵敏度高、功耗低、体积小、可集成多参数仪等优点。其综合性能指标达到国外同类仪器水平。对于海洋富营养化生态灾害的监测和预测具有重要意义,同时对海洋保护提供技术支撑。

冷泉水体甲烷气体浓度反演方法研究

冷泉水体中的甲烷气体浓度异常不仅是海底天然气水合物赋存的重要标志,同时对于研究海洋环境以及全球气候变化具有重要的意义。在现有海底冷泉特征分析研究的基础上,建立了根据单波束测深数据定量获取冷泉水体中的甲烷气体浓度分布的反演方法,并以鄂霍次克海千岛盆地西北陆坡冷泉区为例,利用海试获取的12kHz和20kHz声学回波测深数据,对研究区域内冷泉水体中的溶解甲烷浓度进行了计算。通过与冷泉水体样本的色谱分析结果进行比对可见,该反演方法的计算结果与现场实测数据具有良好的一致性,并且由于在波束角和气泡共振效应方面的优势,12kHz测深数据对应的反演结果与实测数据更为接近。同时,相关计算结果表明,该区域内水体中的溶解甲烷主要来自于冷泉释放的甲烷游离气。此外,现场观测结果表明,水合物稳定带底界以深区域内冷泉气泡表面的水合物结壳会显著延长气泡的上浮时间和距离。

基于有机小分子的亚硫酸盐荧光探针的研究进展

荧光探针分析法具有操作简单、灵敏度高、选择性强、对生物体损伤小以及便于实时检测等优点,已成为生物系统内阴离子可视化检测的强有力工具。本文从荧光探针与亚硫酸盐的醛基亲核加成反应、脱乙酰丙酸保护基反应、迈克尔类加成反应以及络合反应等四种机制,综述了近十年荧光探针在检测亚硫酸盐方面的研究进展,重点阐述了各种探针的设计合成原理、响应机制以及键合模式,并综合描述了响应时间、检出限、发射和吸收波长蓝/红移等反应参数。归纳了各类探针的优劣及现阶段研究中存在的问题,并提出了未来发展方向。

Sentinel-2的胶州湾水体透明度遥感反演

针对目前透明度遥感反演研究多以较低空间分辨率卫星数据为主的现状,采用分辨率高达10 m的Sentinel-2卫星数据进行了胶州湾海域水体透明度的遥感反演研究。构建了基于实测数据的反演模型。结果表明:模型具有较高的精度,反演值与实测值的平均相对误差为9.86%,均方根误差为0.22 m。依据构建的反演模型与卫星影像数据反演了胶州湾水体的透明度,绘制了水体的透明度分布图,分析了胶州湾海域水体透明度的空间分布规律和局部的细微变化特征。研究发现,胶州湾海域水体透明度呈现由近岸向外海逐渐升高的趋势,径流量大的河流会造成汇入海域透明度明显降低的变化,潮汐会引起透明度出现沿垂直于岸边方向的纹理变化特征,大型船只的通航会造成透明度短时降低的变化。

原位海水叶绿素a传感器的电路设计

为提取LED激发海水叶绿素a产生的痕量荧光信号,实现海水叶绿素a原位检测,基于荧光诱导检测原理结合正交同步检波电路,设计了荧光叶绿素a传感器。通过对激发光源的调制,输入电流信号的转换与放大,荧光信号的正交同步解调以及数字混合低通滤波算法实现海水叶绿素a浓度的原位检测。实验证明该海水叶绿素a传感器具有精度高、抗环境光干扰能力强、小型化、功耗低等优点,分辨率可达到0. 01μg/L。

原位海水总磷总氮传感器的微光信号检测电路设计

为实现海水原位总磷总氮传感器的微光信号检测,设计了基于正交同步检波功能的电路,分别对完全消解、显色后的海水样品进行不同波长条件下分光光度测量。对不同波长LED进行调制和信号的I/V转换,正交同步检波电路完成微光信号检测;经A/D转换,低通滤波电路后输入单片机进行处理;通过数字滤波算法进行平滑降噪处理,实现原位海水总磷总氮传感器的微光信号检测。实验表明:基于该电路的传感器具有精度高、稳定性好,抗干扰能力强、功耗低等优点。

掺硼金刚石薄膜电极降解亚甲基蓝废水

采用掺硼金刚石薄膜电极组处理模拟亚甲基蓝染料废水,考察了掺硼金刚石薄膜的成膜质量和亚甲基蓝初始浓度、溶液pH、电解质投加量、电流密度等工艺条件对去除的影响,并进行了反应动力学模拟。结果表明,亚甲基蓝去除速率常数、去除率和溶液COD去除率随p H的升高、电解质的增多和电流密度的增大而增大。初始pH由4上升至10,亚甲基蓝去除速率常数由0.001 4 s^-1增至0.003 3 s^-1,去除率由53.9%增至85.8%。电解质投加量由1 g增至4 g,去除速率常数由0.001 7 s^-1增至0.005 1 s^-1,去除率由61.0%增至94.2%。电流密度由18.75 mA/cm^2增大为75.00 mA/cm^2,去除速率常数由0.000 3 s^-1增至0.003 8 s^-1,去除率由18.1%增至92%。亚甲基蓝初始浓度对去除率的影响较小。电解质投加不足及电流密度过大时,均造成溶液温度有较大上升,过剩的电能转化为溶液的热能。

一种异构分布式存储再生码变换原理

再生码是一类分布式存储编码,由于在节点存储和修复带宽两方面均有效而被广泛研究。基于乘积矩阵(PM)理论的最小存储再生(PM-MSR)码是一类同构分布式存储再生码,具有最小的节点存储。提出一种再生码变换原理,能够根据PM-MSR码产生新的再生码,新的再生码用于异构分布式存储系统。严格证明了新再生码结构的数据重构和数据修复性质,并提供了编码实例。新的再生码与PM-MSR码具有相同的存储消耗和带宽消耗,但新的再生码具有更小的平均节点故障率,这对实际应用具有吸引力。

载人潜水器耐压壳体结构疲劳可靠性分析

为保障深海环境下载人潜水器正常工作和潜水员生命安全,以4500 m级载人潜水器的耐压壳体为研究对象,基于结构可靠性理论和有限元分析方法进行疲劳分析,基于应力-干涉模型对疲劳可靠性进行计算。计算结果显示,壳体在使用周期4000次内是安全的,考虑壳体开口处应力集中的影响,其疲劳可靠度指标由4.555 2降低至2.034 5,在载人潜水器耐压壳体结构设计时,应采取必要的加强措施减小开口位置的应力集中。该研究为载人潜水器耐压壳体的结构设计和疲劳寿命估算提供了理论依据。