CN113267642B - 一种全海深海流分布的监测方法及系统 - Google Patents
一种全海深海流分布的监测方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113267642B CN113267642B CN202110572210.8A CN202110572210A CN113267642B CN 113267642 B CN113267642 B CN 113267642B CN 202110572210 A CN202110572210 A CN 202110572210A CN 113267642 B CN113267642 B CN 113267642B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical cable
- unit
- sensing optical
- sensing
- cable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 247
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims abstract description 79
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 64
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 18
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 16
- 238000000253 optical time-domain reflectometry Methods 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002674 ointment Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000001845 vibrational spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
- G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
本发明公开一种全海深海流分布的监测方法及系统，包括：检测传感光缆单元在当前所处海水深度的振动频率；根据获取到的所述振动频率和所述传感光缆单元的光缆直径，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速；根据所述海流流速和所述传感光缆单元所处的海水深度，生成海流分布。应用本发明能够在全海深范围内对海流速分布进行实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及海流监测技术领域，具体而言，涉及一种全海深海流分布的监测方法及系统。
背景技术
海流是指海水大规模相对稳定地流动，是海水普遍的运动形式之一。由于海流对全球气候的稳定和生态的平衡起着至关重要的作用，同时又对沿海人民的生活、生产和海洋的开发利用产生很多影响，因此海流测量技术一直是海洋行业所关注的焦点之一。
目前已有的海流测量技术包括漂浮法、机械式、电磁感应式、声学式和雷达遥感等方法。但是，如何在全海深范围内对海流速分布进行实时监测，仍为尚待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种全海深海流分布的监测方法及系统，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种全海深海流分布的监测方法，包括：检测传感光缆单元在当前所处海水深度的振动频率根据获取到的所述振动频率和所述传感光缆单元的光缆直径，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速；根据所述海流流速和所述传感光缆单元所处的海水深度，生成海流分布。
可选的，所述根据获取到的所述振动频率和所述传感光缆单元的光缆直径，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速的步骤，包括：根据所述振动频率fs、所述传感光缆单元的光缆直径d和预设的司脱罗哈数s，基于预设的海流计算模型，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速V，其中，所述司脱罗哈数s依赖于海水性质，所述海流计算模型包括所述振动频率fs与海流流速V之间的数学关系。
可选的，所述海流计算模型包括：
其中，V为所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速；d为所述传感光缆单元的光缆直径；fs为所述传感光缆单元所处海水深度处的振动频率；A为校准系数。
可选的，所述传感光缆单元由第一单元长度的传感光缆和第二单元长度的缆绳组成；所述传感光缆和所述缆绳分别被等间距划分为多个第一单元长度的传感光缆和多个第二单元长度的缆绳；所述根据所述海流流速和所述传感光缆单元所处的海水深度，生成海流分布的步骤，包括：根据各所述传感光缆单元在所述传感光缆上的位置，确定各所述传感光缆单元所处的海水深度；根据各所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速，以及各所述传感光缆单元所处的海水深度，计算全海深范围的海流分布。
可选的，在所述检测传感光缆单元在当前所处海水深度的振动频率的步骤之后，所述方法还包括：采用相位敏感的光时域反射OTDR技术，获取各所述传感光缆单元检测到的所述振动频率。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种全海深海流分布的监测系统，包括：传感光缆单元和光纤传感解调单元；所述传感光缆单元，用于检测自身在当前所处海水深度的振动频率；所述光纤传感解调单元，用于获取所述传感光缆单元检测到的所述振动频率；根据所述振动频率和所述传感光缆单元的光缆直径，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速；根据所述海流流速和所述传感光缆单元所处的海水深度，生成海流分布。
可选的，所述光纤传感解调单元与所述传感光缆内的光纤连接，其中，所述传感光缆为多芯光缆，所述光纤为单模光纤或内置微结构的单模光纤。
可选的，所述传感光缆单元上设置有柔性旗状物。
可选的，所述监测系统还包括：缆绳；所述缆绳与所述传感光缆之间为刚性连接。
可选的，所述监测系统还包括：绕缆盘和锚体；所述缆绳上端与所述绕缆盘连接，下端与所述锚体连接；所述绕缆盘和所述光纤传感解调单元安装在母船上或者海上平台上。
本发明实施例的创新点包括：
1、本发明提出的全海深海流分布的监测方法及系统，能够根据流固耦合过程中流体引起的漩涡效应，对海流进行流速测量，相比现有技术，本发明提出的检测方法及装置结构简单，在水下不需要单独供电和通讯，易于实施。是本发明实施例的创新点之一。
2、本发明提出的全海深海流分布的监测方法及系统，能够利用分布式传感技术的长距离监测优势，不仅可以实现全海深的海流分布监测，而且可以进行实时在线的长时间监测。是本发明实施例的创新点之一。
3、本发明提出的全海深海流分布的监测方法及系统中，传感光缆可以采用多芯光缆，以便光纤传感解调单元能够同时监测多个传感光缆单元检查到的振动频率。是本发明实施例的创新点之一。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中的全海深海流分布的监测方法的处理流程示意图；
图2为本发明中传感光缆单元的一种结构示意图；
图3为卡门漩涡现象的示意图；
图4为本发明中监测系统应用框图；
图5为本发明中传感光缆单元的再一种结构示意图；
图6为本发明中步骤104的子步骤处理示意图；
图7为传感光缆的光缆截面示意图；
图8为本发明中的全海深海流分布的监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、方法及装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明提供了一种全海深海流分布的监测方法，可以在全海深范围内对海流速分布进行实时监测。参考图1，图1为本发明中的全海深海流分布的监测方法的处理流程示意图。如图1所示，全海深海流分布的监测方法的处理流程如下：
步骤101，检测传感光缆单元在当前所处海水深度的振动频率。
在本步骤中，设置在海中的传感光缆单元可以检测到在当前所处海水深度中，自身由于水流旋涡而导致的振动频率。需要说明的是，检测到的振动频率与水流漩涡的漩涡脱离频率相等。
参考图2，图2为本发明中传感光缆单元的一种结构示意图。如图2所示，所述第一单元长度的传感光缆与所述第二单元长度的缆绳的两端分别固定在一起，组成所述传感光缆单元，其中，第一单元长度为lf，第二单元长度为lc；所述第一单元长度lf大于所述第二单元长度lc。第一单元长度的传感光缆和第二单元长度的缆绳的具体的固定点为A和点B；传感光缆1的第一单元长度lf大于缆绳2的第二单元长度lc。这样，传感光缆1可以随海流震动。
在具体实施中，在A点和B点固定不动的情况下，海流作用在传感光缆1上时，会在传感光缆1后形成水流漩涡，这种现象称为卡门漩涡现象。参考图3，图3为卡门漩涡现象的示意图。由于卡门漩涡上下交替产生并且不断离开光缆逐渐消失，可以对传感光缆形成上下交替的力，在传感光缆上产生振动，因此，传感光缆单元可以检测在当前所处海水深度中，由于卡门旋涡在自身所产生振动的振动频率。
需要说明的是，所述传感光缆单元由第一单元长度的传感光缆和第二单元长度的缆绳组成；所述传感光缆和所述缆绳分别被等间距划分为多个第一单元长度的传感光缆和多个第二单元长度的缆绳。
在实际应用中，缆绳与传感光缆均为垂直海底的放置的海水中，缆绳和传感光缆互相并行。缆绳与传感光缆以预设的距离，等间隔进行点式固定。
如图4和图5所示，图4为本发明中监测系统应用框图，在图5中，点A和点B为固定点，在图4中，黑色实心点11均为固定点，将缆绳和传感光缆划分为传感光缆单元A、传感光缆单元B和传感光缆单元C。
其中，缆绳上端与绕缆盘连接，所述缆绳的下端与锚体连接。由锚体将缆绳通过张力拉紧，锚体在海底固定，以保持缆绳张紧，传感光缆以自由状态随海水流动而振动。
可以理解的，缆绳的作用是承受锚力，传感光缆的作用是受海流压力激励而振动。传感光缆的结构设计相对柔软，能跟随海流而运动。
可选的，根据被测海域的海水深度，确定缆绳的总长度Lc；根据所述缆绳的总长度Lc，基于预设的传感光缆的长度计算模型，确定传感光缆的总长度Lf，其中，所述长度计算模型包括缆绳的总长度Lc、传感光缆的总长度Lf、传感光缆单元对应的缆绳的第二单元长度lc和传感光缆单元对应的传感光缆的第一单元长度lf之间的对应关系。
传感光缆的总长比缆绳的总长要长，二者的长度可以达到几十公里。缆绳和传感光缆构成了一连串的传感单元。
具体的，所述长度计算模型如下：
其中，Lc为缆绳的总长度；Lf为传感光缆的总长度；lc为传感光缆单元对应的缆绳的第二单元长度；lf为传感光缆单元对应的传感光缆的第一单元长度，lf大于lc。
可以理解的，传感光缆的总长度Lf与缆绳的总长度Lc的比例，与第二单元长度lf与第一单元长度lc的比例相等。
在具体实施中，可以采用流固耦合理论对传感光缆单元在海水动力作用下的运动进行仿真实验，优选出适合海流流速测量范围的传感光缆单元对应的第二单元长度lc和第一单元长度lf，同时，根据被测海域的海水深度，确定缆绳的总长度Lc。进而，根据上述三个已知参数lc、lf和Lc，基于公式(1)，计算出传感光缆的总长度。
这样，传感光缆上的传感光缆单元分布在海水的各深度，形成一连串传感光缆单元，可以通过传感光缆单元测量到的振动频率，从而得到不同海深位置的水流漩涡的漩涡脱离频率，进而可以实现分布式的连续监测不同海水深度的海流流速。
需要说明的是，缆绳与传感光缆之间固定是刚性连接，固定后相对位置不会滑动，可以是铆接、焊接或者其它固定方式。
一种实现方式中，可以将传感光缆与缆绳按照图5所示的方式逐点固定，图5为本发明中传感光缆单元的再一种结构示意图。为了增强传感光缆对涡流的敏感度，如图5所示，2为缆绳与1为传感光缆，可以在缆绳2与传感光缆1等间距分割后得到的各传感光缆单元上安装柔性旗状物13，这样，水下旗状物13更容易随海流飘动，从而带动传感光缆振动，提高传感光缆单元检测振动频率的灵敏度。
参考图2，卡门漩涡在传感光缆单元上下交替产生并且不断离开传感光缆单元而逐渐消失，对光缆形成上下交替的力。其交变力频率与传感光缆单元的光缆直径和海流流速的关系如下：
在公式(2)中，fs为水流漩涡的漩涡脱离频率，单位为Hz；V是海流流速，单位为m/s；d为传感光缆单元的光缆直径，单位为mm；s为依赖于海水性质的司脱罗哈数。
这样，传感光缆单元可以测量到振动频率，将检测到的振动频率作为漩涡脱离频率fs，进而计算出海流流速。
如图4所示，缆绳2一端连接绕缆盘3，另一端由锚体6将缆绳2通过张力拉紧，传感光缆1以自由状态随海水流动而振动；传感光缆1在上端通过光纤连接到光纤传感解调单元4。在使用过程中，缆绳2被张紧处于相对静止状态，传感光缆1以缆绳2为固定基础，在不同的海深位置，各传感光缆单元各自经受不同的海水流速，从而检测到不同的振动频率。
其中，绕缆盘和光纤传感解调单元安装在母船上或者海上平台上，光纤传感解调单元与传感光缆内的光纤进行连接，监测传感光缆的振动情况。
步骤102，获取所述传感光缆单元检测到的所述振动频率。
步骤103，根据获取到的所述振动频率和预设的所述传感光缆单元的光缆直径，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速。
其中，光纤传感解调单元与传感光缆内的光纤上段连接。
在本步骤中，首先，光纤传感解调单元可以获取传感光缆单元检测到的振动频率，可以理解的，振动频率与传感光缆单元所在海水深度的漩涡脱离频率相等；然后，光纤传感解调单元可以根据从传感光缆单元获取到的振动频率，也即传感光缆单元所处的海水深度的漩涡脱离频率，以及预先获取的传感光缆单元的光缆直径，计算传感光缆单元所处海水深度处的海流流速。
可选的，在步骤101之后，所述方法还包括：所述光纤传感解调单元采用相位敏感的光时域反射(Optical Time-Domain Reflectometer，OTDR)技术，获取各所述传感光缆单元检测到的所述振动频率。
需要说明的是，光纤传感解调单元可以根据不同的光纤类型，采用不同的技术进行解调处理，以得到传感光缆单元的振动谱。
具体的，如果光纤类型是普通的单模光纤，则光纤传感解调单元可以采用光纤布里渊分布式传感技术；如果光纤类型是刻有不同波长光纤光栅微结构的光纤，则光纤传感解调单元可以采用波分复用解调技术；如果光纤类型是刻有全同弱光纤光栅微结构的光纤，则光纤传感解调单元可以采用波长扫描和时域分析技术解调；如果光纤类型包括其它微结构，则光纤传感解调单元可以采用相应的解调技术。
可选的，步骤103可以包括：
根据所述振动频率fs、所述传感光缆单元的光缆直径d和预设的司脱罗哈数s，基于预设的海流计算模型，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速V，其中，所述司脱罗哈数s依赖于海水性质，所述海流计算模型包括所述振动频率fs与海流流速V之间的数学关系。
具体的，基于公式(1)，结合流固耦合理论进行仿真计算，并建立实验室条件下，通过不同流速模拟试验，记录不同流速下传感光缆单元的振动频率，建立能够体现振动频率与海流流速之间的数学关系的海流计算模型，从而基于海流计算模型，在已知漩涡脱离频率，也即振动频率fs，以及所述传感光缆单元的光缆直径d的情况下，求出传感光缆单元所处海水深度处的海流流速。
可选的，所述海流计算模型包括：
在公式(3)中，V为所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速；d为所述传感光缆单元的光缆直径；fs为所述传感光缆单元所处海水深度处的振动频率，也即漩涡脱离频率；A为校准系数。
其中，校准系数A可以通过多次的模拟实验来确定。比如在实验室搭建可以模拟海流的水池，通过与其它流量传感器对比，对本发明系统的测量进行校准。或者在有条件的情况下，通过在海洋环境下同时用本发明系统测量和其它流量传感器测量，对比二者测量值进行系统的校准。
步骤103，根据所述海流流速和所述传感光缆单元所处的海水深度，生成海流分布。
在本步骤中，光纤传感解调单元可以根据计算出的传感光缆单元所处海水深度处的海流流速，以及传感光缆单元所处的海水深度，生成测量海域的海流分布。
可选的，参考图6，图6为本发明中步骤104的子步骤处理示意图。如图6所示，步骤104可以包括如下子步骤：
子步骤61，根据各所述传感光缆单元在所述传感光缆上的位置，确定各所述传感光缆单元所处的海水深度；
子步骤62，根据各所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速，以及各所述传感光缆单元所处的海水深度，计算全海深范围的海流分布。
具体的，根据各所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速，以及各所述传感光缆单元所处的海水深度，即可得到全海深范围内不同海水深度的海流流速，从而得到该处全海深的海流分布。
一种实现方式中，由于传感光缆不承受张力，因此传感光缆可以采用海底通信光缆中的光单元结构，可以选择多芯光缆，以便光纤传感解调单元能够同时监测多个传感光缆单元检查到的振动频率。
传感光缆内的光纤可以是普通通信单模光纤，或者是内置微结构的单模光纤。其中，微结构可以是全同弱光纤光栅或者不同反射波长的光栅，或其它可以监测振动的特殊结构。
参考图7，图7为传感光缆的光缆截面示意图。在图7中，单模光纤为7，阻水纤膏为8，松套管为9，阻水材料为10，涂塑钢带为11，聚乙烯护套为12。其中，传感光缆中的光纤7留有一定余长，以便保护光纤不受张力。阻水油膏8可以防止水和潮气渗入松套管9内，同时避免光纤产生径向应力。
由于本发明利用的是光纤的振动信号，因此，阻水油膏具有振动传递的作用，同时，还能够保护光纤不受到应变。此外，为了保持传感光缆的柔软性，传感光缆不采用不锈钢管结构。
可见，本发明提出的全海深海流分布的监测方法，能够根据流固耦合过程中流体引起的漩涡效应，以及利用分布式传感技术的长距离监测优势，实现全海深范围内海流速分布的实时监测；其中，用于检测旋涡效应引发的振动频率的传感光缆可以采用多芯光缆，以便光纤传感解调单元能够同时监测多个传感光缆单元检查到的振动频率。相比现有技术，本发明提出的检测方法及装置结构简单，在水下不需要单独供电和通讯，易于实施，监测距离长，不仅可以实现全海深的海流分布监测，而且可以进行实时在线的长时间监测。
本发明还提出一种全海深海流分布的监测系统，可以在全海深范围内对海流速分布进行实时监测。参考图8，图8为本发明中的全海深海流分布的监测系统的结构示意图。如图8所示，全海深海流分布的监测系统包括传感光缆单元801和光纤传感解调单元802：
传感光缆单元801，用于检测自身在当前所处海水深度的振动频率。
传感光缆单元包括一定长度的缆绳和传感光缆，缆绳与传感光缆两端两点固定在一起，传感光缆单元内传感光缆的长度比传感光缆单元内缆绳的长度要长。传感光缆的总长比缆绳的总长要长，二者的长度可以达到几十公里。缆绳和传感光缆构成了一连串的传感单元。
需要说明的是，缆绳与传感光缆之间固定是刚性连接，固定后相对位置不会滑动，可以是铆接、焊接或者其它固定方式。
光纤传感解调单元802，用于获取所述传感光缆单元检测到的所述振动频率。
其中，光纤传感解调单元与传感光缆内的光纤上段连接。
具体的，光纤传感解调单元可以获取传感光缆单元检测到的振动频率，可以理解的，振动频率与传感光缆单元所在海水深度的漩涡脱离频率相等。
可选的，所述光纤传感解调单元采用相位敏感的光时域反射(Optical Time-Domain Reflectometer，OTDR)技术，获取各所述传感光缆单元检测到的所述振动频率。
需要说明的是，光纤传感解调单元可以根据不同的光纤类型，采用不同的技术进行解调处理，以得到传感光缆单元的振动谱。
具体的，如果光纤类型是普通的单模光纤，则光纤传感解调单元可以采用光纤布里渊分布式传感技术；如果光纤类型是刻有不同波长光纤光栅微结构的光纤，则光纤传感解调单元可以采用波分复用解调技术；如果光纤类型是刻有全同弱光纤光栅微结构的光纤，则光纤传感解调单元可以采用波长扫描和时域分析技术解调；如果光纤类型包括其它微结构，则光纤传感解调单元可以采用相应的解调技术。
光纤传感解调单元802，用于根据所述振动频率和预设的所述传感光缆单元的光缆直径，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速。
具体的，光纤传感解调单元802可以根据从传感光缆单元获取到的振动频率，也即传感光缆单元所处的海水深度的漩涡脱离频率，以及预先获取的传感光缆单元的光缆直径，计算传感光缆单元所处海水深度处的海流流速。
可选的，光纤传感解调单元802，具体用于根据所述振动频率fs、所述传感光缆单元的光缆直径d和预设的司脱罗哈数s，基于预设的海流计算模型，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速V，其中，所述司脱罗哈数s依赖于海水性质，所述海流计算模型包括所述振动频率fs与海流流速V之间的数学关系。
光纤传感解调单元802，用于根据所述海流流速和所述传感光缆单元所处的海水深度，生成海流分布。
具体的，光纤传感解调单元802可以根据计算出的传感光缆单元所处海水深度处的海流流速，以及传感光缆单元所处的海水深度，生成测量海域的海流分布。
可选的，光纤传感解调单元802，具体用于根据各所述传感光缆单元在所述传感光缆上的位置，确定各所述传感光缆单元所处的海水深度；根据各所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速，以及各所述传感光缆单元所处的海水深度。
具体的，根据各所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速，以及各所述传感光缆单元所处的海水深度，即可得到全海深范围内不同海水深度的海流流速，从而得到该处全海深的海流分布。
一种实现方式中，由于传感光缆不承受张力，因此传感光缆可以采用海底通信光缆中的光单元结构，可以选择多芯光缆，以便光纤传感解调单元能够同时监测多个传感光缆单元检查到的振动频率。
传感光缆内的光纤可以是普通通信单模光纤，或者是内置微结构的单模光纤。其中，微结构可以是全同弱光纤光栅或者不同反射波长的光栅，或其它可以监测振动的特殊结构。
可见，本发明提出的全海深海流分布的监测系统，能够根据流固耦合过程中流体引起的漩涡效应，以及利用分布式传感技术的长距离监测优势，实现全海深范围内海流速分布的实时监测；其中，用于检测旋涡效应引发的振动频率的传感光缆可以采用多芯光缆，以便光纤传感解调单元能够同时监测多个传感光缆单元检查到的振动频率。相比现有技术，本发明提出的检测系统结构简单，在水下不需要单独供电和通讯，易于实施，监测距离长，不仅可以实现全海深的海流分布监测，而且可以进行实时在线的长时间监测。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种全海深海流分布的监测方法，其特征在于，包括：
检测传感光缆单元在当前所处海水深度的振动频率；
根据获取到的所述振动频率和所述传感光缆单元的光缆直径，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速；
根据所述海流流速和所述传感光缆单元所处的海水深度，生成海流分布；
其中，所述根据获取到的所述振动频率和所述传感光缆单元的光缆直径，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速的步骤，包括：
根据所述振动频率fs、所述传感光缆单元的光缆直径d和预设的司脱罗哈数s，基于预设的海流计算模型，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速V，其中，所述司脱罗哈数s依赖于海水性质，所述海流计算模型包括所述振动频率fs与海流流速V之间的数学关系；
传感光缆单元由传感光缆和缆绳组成，所述传感光缆和缆绳分别被等间距划分为多个第一单元长度的传感光缆和多个第二单元长度的缆绳，所述第一单元长度的传感光缆和第二单元长度的缆绳两端分别固定在一起，组成传感光缆单元，所述第一单元长度大于所述第二单元长度，所述缆绳下端与锚体连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述海流计算模型包括：
其中，V为所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速；d为所述传感光缆单元的光缆直径；fs为所述传感光缆单元所处海水深度处的振动频率；A为校准系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于；
所述根据所述海流流速和所述传感光缆单元所处的海水深度，生成海流分布的步骤，包括：
根据各所述传感光缆单元在所述传感光缆上的位置，确定各所述传感光缆单元所处的海水深度；
根据各所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速，以及各所述传感光缆单元所处的海水深度，计算全海深范围的海流分布。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述检测传感光缆单元在当前所处海水深度的振动频率的步骤之后，所述方法还包括：
采用相位敏感的光时域反射OTDR技术，获取各所述传感光缆单元检测到的所述振动频率。
5.一种全海深海流分布的监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：传感光缆单元和光纤传感解调单元；
所述传感光缆单元，用于检测自身在当前所处海水深度的振动频率；
所述光纤传感解调单元，用于获取所述传感光缆单元检测到的所述振动频率；根据所述振动频率和所述传感光缆单元的光缆直径，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速；根据所述海流流速和所述传感光缆单元所处的海水深度，生成海流分布；
所述根据获取到的所述振动频率和所述传感光缆单元的光缆直径，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速的步骤，包括：
根据所述振动频率fs、所述传感光缆单元的光缆直径d和预设的司脱罗哈数s，基于预设的海流计算模型，计算所述传感光缆单元所处海水深度处的海流流速V，其中，所述司脱罗哈数s依赖于海水性质，所述海流计算模型包括所述振动频率fs与海流流速V之间的数学关系；
传感光缆单元由传感光缆和缆绳组成，所述传感光缆和缆绳分别被等间距划分为多个第一单元长度的传感光缆和多个第二单元长度的缆绳，所述第一单元长度的传感光缆和第二单元长度的缆绳两端分别固定在一起，组成传感光缆单元，所述第一单元长度大于所述第二单元长度，所述缆绳下端与锚体连接。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述光纤传感解调单元与所述传感光缆内的光纤连接，其中，所述传感光缆为多芯光缆，所述光纤为单模光纤或内置微结构的单模光纤。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述传感光缆单元上设置有柔性旗状物。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述监测系统还包括：缆绳；
所述缆绳与所述传感光缆之间为刚性连接。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述监测系统还包括：绕缆盘和锚体；
所述缆绳上端与所述绕缆盘连接，下端与所述锚体连接；
所述绕缆盘和所述光纤传感解调单元安装在母船上或者海上平台上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110572210.8A CN113267642B (zh) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | 一种全海深海流分布的监测方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110572210.8A CN113267642B (zh) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | 一种全海深海流分布的监测方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113267642A CN113267642A (zh) | 2021-08-17 |
| CN113267642B true CN113267642B (zh) | 2022-11-29 |
Family
ID=77232788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110572210.8A Active CN113267642B (zh) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | 一种全海深海流分布的监测方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113267642B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114061826B (zh) * | 2021-11-17 | 2024-07-26 | 海南赛沐科技有限公司 | 一种全海深海水压力分布监测方法和装置 |
| CN117949687A (zh) * | 2024-03-27 | 2024-04-30 | 山东省科学院激光研究所 | 基于分布式光纤传感和深度学习的风速测量方法及系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05312823A (ja) * | 1992-05-06 | 1993-11-26 | Agency Of Ind Science & Technol | 流体の流速分布計測方法 |
| CN102639966A (zh) * | 2009-05-27 | 2012-08-15 | 希里克萨有限公司 | 光学传感器及使用方法 |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5774617A (en) * | 1980-10-28 | 1982-05-10 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Optical fiber correlative flowmeter |
| GB2103795B (en) * | 1981-06-15 | 1986-03-19 | Fuji Electric Co Ltd | Flow metering apparatus |
| JPS58191923A (ja) * | 1982-05-06 | 1983-11-09 | Tokyo Keiki Co Ltd | 渦流量計 |
| GB2238380A (en) * | 1989-11-23 | 1991-05-29 | Hughes Microelectronics Ltd | Vortex shedding flowmeter |
| JPH05180673A (ja) * | 1991-12-27 | 1993-07-23 | Agency Of Ind Science & Technol | 流体の流速計測方法 |
| JPH0688737A (ja) * | 1992-07-21 | 1994-03-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 流体の流速計測方法 |
| CN1083208A (zh) * | 1992-08-25 | 1994-03-02 | 电子科技大学 | 一种光纤流量计 |
| JP2894272B2 (ja) * | 1996-03-25 | 1999-05-24 | ヘレウス・エレクトロナイト株式会社 | 溶融金属の流速測定装置とその方法 |
| EP2486375B1 (en) * | 2009-10-08 | 2016-07-20 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | Apparatus configured to detect a physical quantity of a flowing fluid and a respective method |
| WO2011161298A1 (en) * | 2010-06-21 | 2011-12-29 | Sami Lakka | Flow sensor |
| US20120152024A1 (en) * | 2010-12-17 | 2012-06-21 | Johansen Espen S | Distributed acoustic sensing (das)-based flowmeter |
| CN102128653A (zh) * | 2010-12-29 | 2011-07-20 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 分布式光纤测量流量装置及方法 |
| US20140139820A1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-05-22 | Schlumberger Technology Corporation | Methods for Measuring Fluid Flow in Subterranean Wells |
| US20140163884A1 (en) * | 2012-12-10 | 2014-06-12 | Universite De Liege | Method and system for the determination of wind speeds and incident radiation parameters of overhead power lines |
| BR112016009276B1 (pt) * | 2013-10-28 | 2022-03-03 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Método e sistema para monitorar o fluxo de fluido em um conduto |
| CN105300554B (zh) * | 2015-09-14 | 2017-10-17 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于分布式光纤传感的多功能海洋环境监测装置和方法 |
| US10626718B2 (en) * | 2015-12-16 | 2020-04-21 | Halliburton Energy Services, Inc. | Modular electro-optic flowmeter system for downhole |
| CN106199056B (zh) * | 2016-07-07 | 2019-02-22 | 武汉康普常青软件技术股份有限公司 | 一种架空输电线路走廊的分布式风速在线监测方法 |
| GB201714069D0 (en) * | 2017-09-01 | 2017-10-18 | Exnics Ltd | Apparatus and method |
| CN110617873B (zh) * | 2019-04-26 | 2022-01-14 | 深圳市豪视智能科技有限公司 | 电缆的振动检测方法及相关产品 |
-
2021
- 2021-05-25 CN CN202110572210.8A patent/CN113267642B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05312823A (ja) * | 1992-05-06 | 1993-11-26 | Agency Of Ind Science & Technol | 流体の流速分布計測方法 |
| CN102639966A (zh) * | 2009-05-27 | 2012-08-15 | 希里克萨有限公司 | 光学传感器及使用方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113267642A (zh) | 2021-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101825499B (zh) | 一种基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法 | |
| US10488296B2 (en) | Method of determining stress variations over time in an undersea pipe for transporting fluids | |
| CN105300554B (zh) | 基于分布式光纤传感的多功能海洋环境监测装置和方法 | |
| US4812645A (en) | Structural monitoring system using fiber optics | |
| US7591188B2 (en) | Stress and/or tension monitoring systems and methods | |
| CN113267642B (zh) | 一种全海深海流分布的监测方法及系统 | |
| US20060233485A1 (en) | Underwater structure monitoring systems and methods | |
| RU2540258C1 (ru) | Устройство для измерения деформаций и способ измерения деформаций | |
| CN102353474B (zh) | 一种基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面botda测量方法 | |
| CN203785669U (zh) | 高精度深海深度探测装置 | |
| EP2483656B1 (en) | System and method for the continuous detection of impacts on pipelines for the transportation of fluids, particularly suitable for underwater pipelines | |
| CN106153978A (zh) | 基于光纤mems法珀微腔的流速测试装置与测试方法 | |
| Chen et al. | Fully distributed hydroacoustic sensing based on ultra-highly sensitive and lightweight fiber-optic hydrophone cable | |
| CN116358501A (zh) | 一种基于海底光纤分布式声学传感的海流测量方法 | |
| CN104422424B (zh) | 一种隔水管偏移及偏移方向监测方法 | |
| KR101472827B1 (ko) | 해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링 및 제어하는 시스템 및 그 방법 | |
| CN215491688U (zh) | 一种基于光纤传感的海流分布监测装置 | |
| Yan et al. | Acoustic field imaging of pipeline turbulence for noninvasive and distributed gas flow measurement | |
| CN114061826B (zh) | 一种全海深海水压力分布监测方法和装置 | |
| Wang et al. | A new method for in-situ measurement of internal solitary waves based on the stimulated Raman scattering in optical fibers | |
| Mellors et al. | Understanding distributed fiber optic sensing response for modeling of signals | |
| CN106017427A (zh) | 投弃式湍流测量系统 | |
| JPH076883B2 (ja) | 埋設配管の沈下管理方法 | |
| Kothari et al. | Detection of damage in Oil and Gas Pipelines using FBG Sensor | |
| CN216118134U (zh) | 一种用于监测海水压力的传感光缆 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |