基于光纤光栅的海洋温深剖面测量技术研究

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1、全日制硕士学位论文基于光纤光栅的海洋温深剖面测量技术研究申请人姓名：冯盼指导教师：张登攀学位类别：工学硕士专业名称：测试计量技术及仪器研究方向：智能检测与设备诊断技术河南理工大学机械与动力工程学院二○一七年六月中图分类号：TP212.14密级：公开UDC：681单位代码：10460基于光纤光栅的海洋温深剖面测量技术研究ResearchonMeasurementofTheOceanTemperature-depthProfileBasedonFiberBraggGrating申请人姓名冯盼申请学位工学硕士智能检测与设备诊断学科专业测试计量技术及仪器研究方向

2、技术导师张登攀职称副教授提交日期2017年4月答辩日期2017年5月二○一七年六月致谢本论文是在导师张登攀副教授的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，诲人不倦的高尚师德和平易近人的人格魅力对我影响深远。三年的学习生涯中，张老师不仅在学业上给我以精心的指导，同时还在生活上给我以无微不至的关怀，让我受益匪浅。本论文从选题、实验到最终定稿，每一步都是在张老师的耐心指导下完成的，倾注了导师大量的心血，在此谨向张登攀老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！在本课题的研究和实验过程中，还得到了中国科学院半导体研究所的王永杰副研究员的热心指导和帮助。王老师严

3、谨细致、实事求是的工作态度和认真勤奋的工作作风深深的感染了我，是我学习的榜样，在此对王老师致以最诚挚的感谢。感谢中国科学院海洋研究所的魏传杰、欧江和任强三位工程师对课题中系统的海上验证试验给予的大力支持，在几位老师的热忱帮助下，几次海试工作才得以顺利完成。感谢同课题组的王瑨师姐和田振华、张旭、李超三位师兄。在课题研究过程中，通过与他们的探讨和交流，我获得了很多解决问题的灵感和启发。感谢同实验室的郑艳、刘遵等各位同学在学习和生活上的鼎力相助。感谢一直在背后给我支持和关心的父母和姐姐，在我多年的异地求学生涯中，有了他们的嘘寒问暖和耐心倾听，我才能在前进的道路

4、上找到方向和动力。我将在今后的工作和学习中加倍努力，争取以优异的成绩来报答他们。最后，感谢各位专家、教授在百忙之中评阅本文，对论文中的不足之处提出批评和建议；感谢参加答辩的各位评委老师！摘要海水的温度和深度是海洋最基本的物理参数，通过观测海水温度随深度的变化来获取温深剖面数据是海洋调查研究的重点手段。光纤光栅（FiberBraggGrating）传感器依靠自身的体积小、本征绝缘、抗电磁干扰以及便于规模组阵等应用特点及优势，引起了国内外专家学者在海洋探测领域的广泛研究及应用试验。本文基于光纤光栅传感技术，针对海洋温深剖面高密度、高时空分辨率及实时连续的测量

5、要求，对温深剖面测量系统的相关理论、技术、实验方法进行了一系列的深入研究。主要研究内容有以下几个方面：第一，针对海洋温深剖面高时空分辨率的测量要求，提出船载拖曳与全光纤温深链相结合的测量方案，并研制一种拖曳式海洋温深剖面测量系统。该系统基于光纤光栅传感技术，充分发挥FBG温度传感器和FBG压力传感器高精度的测量优势。第二，针对传统海洋测温传感器低灵敏、慢响应等问题，研制了一种基于不锈钢双管结构和聚合物增敏化封装的FBG温度传感器，具有灵敏度高、快速响应及不受压力交叉敏感影响的特点。第三，针对海洋测深传感器高灵敏、抗蠕变的测量要求，采用结构增敏技术，研制了

6、一种基于弹性膜片封装方式的FBG压力传感器。通过采用激光焊接取代传统胶水封装的方案，不仅有效避免了胶水的长期蠕变，还使得传感器达到了体积小、灵敏度高和一致性高的要求。第四，针对FBG温度传感器和FBG压力传感器灵敏度的测量以及待测物理量与波长的对应关系的分析，分别搭建了温度和压力的标定测试平台，也使得传感器的筛选工作变得方便易行。第五，针对船载拖曳式光纤温深剖面测量系统工程化应用的目标，分别进行了两次海上验证试验。通过对测量数据进行分析，FBG温度传感器和FBG压力传感器与其标准比对传感器均达到了较高的测量一致性，前者测量精度优于0.1℃，后者测量精度优

7、于0.1m，满足海洋温深剖面的测量要求。关键词：海洋温深剖面；拖曳系统；FBG温度传感器；FBG压力传感器；海上试验IAbstractThetemperatureanddeptharethemostbasicphysicalparametersoftheocean.Itisanimportantmethodtoobtainthedataofoceantemperature-depthprofilebyobservingthechangeoftemperaturewithdepth.FBG(FiberBraggGrating)relyontheirowna

8、pplicationcharacteristicsandadvantagessu