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海水表层叶绿素a及悬移质浓度的激光雷达初步探测实验研究

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量子电子学报 2024年第5期41卷 802-812页

作者：徐杰王章军陈超庄全风吴家胜郭甜甜齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院海洋仪器仪表研究所山东青岛266100

针对海水表层叶绿素a和悬移质浓度在线监测的实际需求,设计并研发了一套双视场海洋激光雷达系统。首先利用实验水槽,在实验室开展了叶绿素a浓度测量实验,其结果与叶绿素荧光计/浊度计测量结果的相关系数为0.94,且不同激光发射能量下测... 详细信息

针对海水表层叶绿素a和悬移质浓度在线监测的实际需求,设计并研发了一套双视场海洋激光雷达系统。首先利用实验水槽,在实验室开展了叶绿素a浓度测量实验,其结果与叶绿素荧光计/浊度计测量结果的相关系数为0.94,且不同激光发射能量下测量的叶绿素a的浓度值与叶绿素荧光计/浊度计的结果也趋于一致;同时对不同粒径的悬移质浓度进行了测量,其结果与叶绿素荧光计/浊度计测量结果的相关系数优于0.91。进而利用海洋激光雷达对青岛近海海水表层叶绿素a和悬移质浓度进行了现场观测,其测量结果与叶绿素荧光计/浊度计测量结果的相关系数分别为0.74和0.86,初步验证了自研海洋激光雷达应用于海水表层叶绿素a与悬移质浓度探测上的可行性。

关键词：激光技术海洋激光雷达激光遥感叶绿素a浓度悬移质浓度

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光纤布拉格光栅压力传感技术与应用进展

光通信研究 2024年第3期 71-82页

作者：丁宝艳赵强陈东营杜大伟齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省科学院海洋仪器仪表研究所山东青岛266100

光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器具有水下无源、耐腐蚀、重量轻、成本低和抗电磁干扰等优点,应用广泛。文章简要介绍了FBG压力传感的基本原理,概述了FBG的写制技术、压力传感及增敏技术、温度补偿技术的发展现状,总结了近几年FBG压力传... 详细信息

光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器具有水下无源、耐腐蚀、重量轻、成本低和抗电磁干扰等优点,应用广泛。文章简要介绍了FBG压力传感的基本原理,概述了FBG的写制技术、压力传感及增敏技术、温度补偿技术的发展现状,总结了近几年FBG压力传感器在海洋深度、湖泊液位测量、油气管道压力测量和岩土压力监测领域的应用进展,最后对FBG压力传感技术进行了展望。

关键词：光纤布拉格光栅压力传感增敏温度补偿

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高抗噪光纤光栅波峰计数式位移传感器

光子学报 2024年第6期53卷 173-182页

作者：范好好赵强杜大伟孙鹏刘文锋李彦龙陈明涛齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所青岛266061 崂山实验室青岛266237 青岛海洋地质研究所自然资源部天然气水合物重点实验室青岛266237 河海大学海洋学院南京210098

针对三轴剪切仪中天然水合物地质储层侧向蠕变的位移监测需求,提出了一种高抗噪光纤光栅波峰计数式位移传感方案。具体方法是将光纤光栅一端与悬臂压片的自由端垂直固定,另一端施加预拉力后固定在外壳上。利用齿条和传动系统将地质储层... 详细信息

针对三轴剪切仪中天然水合物地质储层侧向蠕变的位移监测需求,提出了一种高抗噪光纤光栅波峰计数式位移传感方案。具体方法是将光纤光栅一端与悬臂压片的自由端垂直固定,另一端施加预拉力后固定在外壳上。利用齿条和传动系统将地质储层侧向位移转变为齿轮的圆周旋转,在齿轮旋转过程中轮齿拨动悬臂压片自由端使光纤光栅产生周期性拉伸和复位,通过计算光纤光栅反射中心波长波峰跃变次数与标准步长的乘积,获得侧向位移。实验结果表明,位移传感器的量程为40 mm,分辨力达0.1 mm,误差仅为16μm,最小反射中心波长漂移量为1263 pm,考虑光纤抖动和解调仪误差后最小光信噪比达43.966 dB。在温度变化缓慢的条件下传感器不受温度影响,具有良好的重复性抗噪能力,能够满足天然气水合物地质储层侧向蠕变的监测需求。

关键词：光纤光栅位移传感器波峰计数法海洋地质蠕变

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基于激光数据的北极海水二氧化碳分压研究

红外与毫米波学报 2024年第3期43卷 397-405页

作者：张思琪陈鹏张镇华潘德炉南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广东广州511458 齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所山东青岛266061 自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室浙江杭州310012 东海实验室浙江舟山316021

星载激光雷达作为一种新型的主动遥感技术,为全球海洋昼夜以及极地冬季海水二氧化碳分压的研究提供了可能。研究通过使用云-气溶胶激光雷达与红外探路者卫星(CALIPSO)数据,对全球海表面叶绿素a(Chla)浓度进行了反演,并构建了基于激光数... 详细信息

星载激光雷达作为一种新型的主动遥感技术,为全球海洋昼夜以及极地冬季海水二氧化碳分压的研究提供了可能。研究通过使用云-气溶胶激光雷达与红外探路者卫星(CALIPSO)数据,对全球海表面叶绿素a(Chla)浓度进行了反演,并构建了基于激光数据的前向神经网络模型(FNN-LID),重构了北冰洋海水二氧化碳分压(pCO_(2))昼/夜长时序数据集。在此基础上,对基于主动遥感的极地海水Chla浓度和海水pCO_(2)数据进行了验证与分析。结果显示,基于该算法的反演产品,具有较高的数据质量,不论是和其他被动遥感的产品还是独立浮标观测数据集都有较好的一致性,且能够有效“填充”极地冬季的数据空白。在北冰洋海区,受陆源强烈影响的边缘海都表现为较高的海表Chla浓度。北冰洋海水pCO_(2)的空间格局表现出经向的差异,且pCO_(2)的季节变化十分剧烈,甚至超过80μatm。近20年来,北冰洋稳定地表现为大气二氧化碳的汇,而在东西伯利亚海和喀拉海等海冰显著衰退的地区,海面pCO_(2)的增长率非常显著。

关键词：星载激光雷达反演北冰洋海水二氧化碳分压极夜长时序研究

飞秒激光直写光纤光栅进展及光谱优化方法研究

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2101-2110页

作者：朱玉雪陈东营赵强曲轶海南师范大学物理与电子工程学院海南省激光技术与光电功能材料重点实验室海南海口571158 齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所山东青岛266061 青岛海洋科技中心山东青岛266237

光纤光栅传统的制备方法为紫外曝光法和CO_(2)激光法。紫外曝光法具有操作简单,容易对准等优势,但通常需要对光纤进行载氢增敏处理且高温下折射率调制容易被擦除,难以在极端环境下实现应用价值。CO_(2)激光法通常用于长周期光纤光栅的制... 详细信息

光纤光栅传统的制备方法为紫外曝光法和CO_(2)激光法。紫外曝光法具有操作简单,容易对准等优势,但通常需要对光纤进行载氢增敏处理且高温下折射率调制容易被擦除,难以在极端环境下实现应用价值。CO_(2)激光法通常用于长周期光纤光栅的制备,测量灵敏度容易受到高温的影响。针对传统光纤光栅制备方法存在的问题,飞秒激光刻写技术随之出现,大致被分为飞秒激光直写法、飞秒激光全息干涉法和飞秒激光相位掩模法。其中,飞秒激光直写法具备刻写效率高、脉冲能量要求低等特点,还能根据传感需求调制中心波长、光栅间距、光栅长度等。此外,飞秒激光直写法的实验装置简单,不需要相位掩膜板控制光栅周期。飞秒激光直写的光纤光栅具有折射率调制灵活、高温性能好、机械强度高等优点,已在传感器、激光器等多种光学器件中广泛应用。文章简要介绍飞秒激光直写光纤光栅的工作原理及典型写制方法,总结了飞秒激光逐点、逐线、逐面三种直写方法的国内外研究进展;从制备效率、光谱质量等方面对比分析了三种直写方法的优缺点;详细分析和讨论了光谱优化方法,包括激光脉冲能量、光栅长度、光纤类型、光束整形和光栅切趾,为获得高反射峰、窄3 dB带宽、低插入损耗的高质量光纤光栅奠定基础。最后展望了飞秒激光直写光纤光栅的发展趋势和应用前景。

关键词：光纤光栅飞秒激光直写法光谱优化

自诱导漩涡收油器的结构参数优选与除油效果研究

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山东科学 2024年

作者：张芮菡姜乐文王越郝宗睿齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省科学院海洋仪器仪表研究所

为应对湍急海面溢油回收难度大问题,设计了自诱导漩涡收油器进行溢油收集,通过数值仿真计算对该设备入流角度和插入深度来进行适当的调整和优化,找到最佳入流角度和插入深度组合,以达到最佳的分离效果和油相收集效率。通过比较相同时间... 详细信息

为应对湍急海面溢油回收难度大问题,设计了自诱导漩涡收油器进行溢油收集,通过数值仿真计算对该设备入流角度和插入深度来进行适当的调整和优化,找到最佳入流角度和插入深度组合,以达到最佳的分离效果和油相收集效率。通过比较相同时间内设备内部的油相体积剩余情况,得出在20°的入流角度和设备高度三分之一的吸油管插入深度的条件下,该设备能够保持较高的油相分离效率,抑制油水混合,减少油水界面的扩散并减少杂质的混入。在确定最佳结构后,通过改变入流速度来确定设备在不同水面环境下的除油效果。结果表明,入口流速越大,设备汇聚油相的性能更强,除油效果越好。整个收油过程在设备内部进行,不受外部环境影响,说明该设备能够克服复杂的水面环境来进行收油作业。

关键词：油相分离诱导漩涡参数优选数值模拟油相分布

基于双峰谐振长周期光纤光栅的海水盐度传感器

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中国光学（中英文） 2024年第2期17卷 291-299页

作者：杜超赵爽宋桦可王秋雨贾斌张丽崔丽琴赵强邓霄太原理工大学电子信息与光学工程学院山西太原030024 太原理工大学物理学院山西太原030024 齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所山东青岛266061

为研制高灵敏海水盐度传感器,本文基于CO_(2)激光技术成功制备出一种工作在色散转折点(DTP)附近的长周期光纤光栅(LPFG)。首先,利用CO_(2)激光器在80μm细单模光纤上制备出工作在DTP附近的LPFG,证明了采用CO_(2)激光微加工技术制备较短... 详细信息

为研制高灵敏海水盐度传感器,本文基于CO_(2)激光技术成功制备出一种工作在色散转折点(DTP)附近的长周期光纤光栅(LPFG)。首先,利用CO_(2)激光器在80μm细单模光纤上制备出工作在DTP附近的LPFG,证明了采用CO_(2)激光微加工技术制备较短周期LPFG的可能性。其次,通过调控CO_(2)激光器的制备周期,使高阶包层模式LP_(1,9)工作在DTP附近,从而显著提高了LPFG的折射率灵敏度。在双峰谐振增敏效应的作用下,当海水盐度从5.001‰变化到39.996‰时,光栅周期为115.4μm的双峰谐振LPFG平均灵敏度高达0.279 nm/‰。研究结果表明,本文制备的LPFG海水盐度传感器具有谐振损耗大和灵敏度高的优点,其在海水盐度监测领域具有较好的应用前景。

关键词：光纤光学长周期光纤光栅色散转折点海水盐度 CO_(2)激光技术

四种图像相似度算法对于气溶胶时空演变图特征的相似度效果分析

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海洋技术学报 2024年第4期43卷 28-36页

作者：刘宣廷王中秋漆随平厉运周齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省科学院海洋仪器仪表研究所山东青岛266061

本文提出了一种基于不同相似度算法的针对气溶胶时空演变图中显著特征的查找对比方法。对气溶胶时空演变图中的显著特征进行识别,通过对同一幅气溶胶时空演变图进行平移操作来模拟下一时间段的气溶胶时空演变图,借助相似度算法寻找下一... 详细信息

本文提出了一种基于不同相似度算法的针对气溶胶时空演变图中显著特征的查找对比方法。对气溶胶时空演变图中的显著特征进行识别,通过对同一幅气溶胶时空演变图进行平移操作来模拟下一时间段的气溶胶时空演变图,借助相似度算法寻找下一时间段内图像中与之对应的特征,借用相似特征中心位置在两幅图像中的坐标差与平移像素数进行比较来确定所运用的相似度算法的优劣。设计了仿真分析实验,通过实验测试对已知移动不同像素数的图像进行分层解算,对不同相似度算法的解算效果进行了全面的比较。通过仿真对比的结果,以及在与实际测风塔数据进行比较后发现,四种相似度算法中,Ahash(Average Hash)算法和Dhash(Difference Hash)算法表现优异且准确性波动较小,上述结论可为相似度算法在气溶胶密度图谱中的特征查找对比方法提供参考。

关键词：气溶胶时空演变图风速测量相似度分析特征比较

基于NaI(Tl)伽马谱仪的反演分析法在海水放射性探测中的应用

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海洋科学进展 2024年第2期42卷 349-357页

作者：毕海杰张颖颖吴丙伟冯现东石岩齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所山东青岛266061 山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室山东青岛266061 国家海洋监测设备工程技术研究中心山东青岛266061

伴随着核能的快速发展和应用,海洋放射性环境安全监测受到了越来越多的关注。因具有成本低、功耗低、探测效率高等优点,NaI(Tl)伽马谱仪成为海洋放射性自动连续监测主要应用的仪器。但是,该谱仪探测分辨能力尚存在不足,导致核素甄别和... 详细信息

伴随着核能的快速发展和应用,海洋放射性环境安全监测受到了越来越多的关注。因具有成本低、功耗低、探测效率高等优点,NaI(Tl)伽马谱仪成为海洋放射性自动连续监测主要应用的仪器。但是,该谱仪探测分辨能力尚存在不足,导致核素甄别和定量检测存在困难。为了解决该困难,本研究采用理论计算、仿真模拟和实验测量等技术手段,开展基于反演分析的海水伽马能谱处理分析方法研究。研究结果表明:仿真实验中经过反演分析法计算的重构谱线的分辨率得到大幅改善,与仿真能谱中核素的道址和活度的参考值相比,重构谱线的^(134)Cs、^137Cs、^(60)Co和^(40)K核素峰的道址误差在2道以内,活度计算误差在4%以内。在位于青岛的海洋科学实验站进行的海水现场实验结果表明反演分析法对_(40)K核素的活度分析结果为1.218×10^(4) Bq·m^(-3)。该方法能够有效解决NaI(Tl)伽马谱仪探测分辨能力不足的问题,实现准确的海水放射性核素分析。

关键词：海水放射性监测 NaI(Tl)伽马谱仪反演分析响应矩阵