基于光纤布拉格光栅的压力式海洋波浪高度传感器

作     者：刘兆坤 杜大伟 赵强 陈东营 惠力 张文 孙鹏 郭风祥 

作者机构：齐鲁工业大学(山东省科学院) 海洋仪器仪表研究所 崂山实验室 中国人民解放军国防科技大学气象海洋学院 

出 版 物：《光子学报》 (Acta Photonica Sinica)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0816[工学-测绘科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：泰山学者工程专项经费(No.ts20190951) 崂山实验室科技创新资助项目(No.LSKJ202204703) 国家自然科学基金(No.61933004) 山东省自然科学基金(Nos.ZR2024QF296,ZR2022QF086) 齐鲁工业大学科教融合试点项目 齐鲁工业大学(山东省科学院)人才科研项目(No.2023RCKY052) 山东省青岛市博士后资助项目(No.QDBSH20230102005) 山东省高校青年创新科技项目(No.2023KJ326) 

主　　题：光纤布拉格光栅 波高传感器 压力测量 海岸监测 海洋波浪 

摘      要：波浪的实测数据对海浪模型校准、海上生产实践以及海洋灾害预防具有重要作用。本文提出了一种基于光纤布拉格光栅的压力式海洋波浪高度传感器，实现了对海洋波浪高度的实时测量。采用有限元分析对传感器结构进行优化设计，并对传感器的测量原理进行理论分析。通过标定实验可知该波浪高度传感器的压力灵敏度为-9.486 nm/MPa，有效测量量程为0-0.3 MPa。针对传统零线提取方法存在的零点遗漏问题，提出了基于平滑先验方法的波浪零线选取方法，实现零点动态选择，该方法在复杂海洋条件下表现出更好的适用性。外场实验结果表明，该波浪高度传感器各波高特征值的变化趋势与SBF3-2型波浪浮标的测量结果一致，两者相关系数均高于0.85，验证了光纤布拉格光栅海洋波浪高度传感器的可行性。本文提出的压力式光纤布拉格光栅海洋波浪高度传感器具有水下无源、抗电磁干扰、信号传输速度快的特点，为近岸波高测量提供了一种新颖的光学测量方法，具有良好的应用前景。