论文摘要
随着人们对海洋研究的深入,海洋湍流的研究已逐渐成为物理海洋研究的热点。海水的动量、热量和质量输运都和海洋湍流有紧密关系,海洋湍流也是调控大洋温度和盐度环流的动力源泉,气候变化也与其有紧密的联系,湍流同时对海水悬浮物质和海洋生态环境的分布具有重要影响。海洋湍流的研究对认知海洋环流如何运动,完善海洋环流和气候模型具有关键的作用。同时,海洋灾害和异常海洋现象均需要人们对海洋微结构湍流进行准确、细致和深刻的认识,以便改进和完善现有的海洋灾害预报模式。因此,海洋湍流研究已成为海洋科学研究的重要领域,海洋湍流数据的获取技术已成为海洋观测技术的重要研究方向。本论文首先综述了湍流观测的历史及现状,以及湍流观测传感器的发展、观测平台的发展和湍流仪的发展,并主要研究了剪切流传感器观测湍流的原理及应用。然后根据定点测量平台的原理设计出适合定点观测的潜标平台并给出了信号采集电路设计的整体方案。本论文设计了湍流仪信号采集系统,在采集湍流信号的同时还要采集加速度及姿态信号,并以文本文件形式存储在SD卡上。所采集的湍流信号由剪切流传感器获得并通过电荷放大器放大,然后由24位AD转换为数字信号,加速度信号是由三个互相垂直的加速度传感器获得的模拟信号,同剪切流传感器一样由24位AD转换为数字信号,姿态信号包括测量平台的航向、横滚、俯仰三个姿态,姿态信号由TCM2.5测得直接以数字信号形式发送到串口上,由STM32F107接收后直接以文本文件系统形式存储到SD卡上,在由剪切流推导出湍动能耗散率的过程中对观测平台的稳定性及姿态有严格的要求,观测平台的振动信号(由加速度信号得到)及姿态信号在最终的数据处理中有重要的应用。本文还设计了该湍流仪外海实验时所用的的潜标系统,该潜标系统主要包括浮力单元、湍流仪、海流计、连接单元、重力锚。并将实验数据进行了分析,实验数据显示该湍流仪可以准确可靠的测量到湍流信号。