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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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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

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 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

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... 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

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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

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

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小型太阳能测波浮标标体优化设计与分析

船海工程 2024年第3期53卷 125-130页

作者：郑珊珊郑良张继明宋苗苗雷卓闫星魁高赛玉程凯宇扈威姜梓良齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所山东青岛266061 齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋技术科学学院山东青岛266061 国家海洋监测设备工程技术研究中心山东青岛266001

为解决小型测波浮标电量储存有限,无法长期海上服役,以及须定期拖曳上岸进行人工充电,维护成本高的问题,设计一种新型太阳能测波浮标。基于光照面积计算,增设柔性太阳能电池板及其透明保护罩,且对太阳能板的固定方式进行,优化设计,利用I... 详细信息

为解决小型测波浮标电量储存有限,无法长期海上服役,以及须定期拖曳上岸进行人工充电,维护成本高的问题,设计一种新型太阳能测波浮标。基于光照面积计算,增设柔性太阳能电池板及其透明保护罩,且对太阳能板的固定方式进行,优化设计,利用Inventor软件建立三维仿真模型,在此基础上借助Maxsurf软件及HydroStar软件对模型进行稳性分析和水动力分析,生产样机并进行海试实验。海试结果显示,浮标下水后姿态良好,新增设太阳能电池板日均发电量可达5.29 Ah,满足浮标日常需求,浮标整体性能得到有效优化和提升。

关键词：小型测波浮标优化设计稳性分析水动力分析

基于Speex信构分离和置信传播的运动水声通信

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探测与控制学报 2024年第3期46卷 127-135页

作者：冯向超倪秀辉巩小东孟雍祥梁俊燕杜洋齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所山东青岛266318 乌克兰国立技术大学(基辅工学院) 乌克兰基辅03056 山东省海洋仪器仪表科技中心有限公司山东青岛266005 青岛理工大学信息与控制工程学院山东青岛266525

针对水声语音信号受快变信道影响引起的传输可靠性差的问题,提出基于Speex信构分离和置信传播的运动水声通信技术,该技术由语音信号处理和数字通信两部分构成。在语音信号处理部分,基于Speex算法,将整帧分成多个子帧,利用合成分析技术... 详细信息

针对水声语音信号受快变信道影响引起的传输可靠性差的问题,提出基于Speex信构分离和置信传播的运动水声通信技术,该技术由语音信号处理和数字通信两部分构成。在语音信号处理部分,基于Speex算法,将整帧分成多个子帧,利用合成分析技术对子帧进行编码,并将语音信号的结构信息与内容信息进行分离,只传输语音内容信息,使得语音信息的压缩比由7.60提升至8.42,提高了传输效率;利用接收参数计算激励信号,并通过合成滤波器重构语音信号。在数字通信部分,基于叠加训练(ST)方案,提高对时变水声信道的跟踪能力;基于置信传播,采用双向信道估计(BCE)算法,实现对每个短块的精准信道估计。将Speex算法、ST方案、BCE算法和Turbo均衡相结合,构建水声语音通信系统,提高水声语音信号传输的可靠性。通过仿真和海上试验验证了该技术的有效性。

关键词： Speex算法叠加训练(ST)方案置信传播双向信道估计(BCE)算法 Turbo均衡

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齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所青岛海洋科技中心

光纤光栅传统的制备方法为紫外曝光法和CO2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。CO2激光法通常用于长周期光纤光栅的制备... 详细信息

光纤光栅传统的制备方法为紫外曝光法和CO2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。CO2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

基于PCSF算法的扭矩测量过程导致的角度测量误差补偿

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传感技术学报 2024年第4期37卷 682-689页

作者：许鹏飞李昊于振安琪青岛工贸职业学校学生处山东青岛266041 青岛工程职业学院教务处山东青岛266122 海洋仪器仪表研究所齐鲁工业大学(山东省科学院)山东青岛266001 清华大学机械工程系北京100084

基于立式桶状精密减速器高精度检测仪现有结构,研究了测量扭矩引起仪器形变进而导致角度测量误差的现象及其规律。提出了扭矩、刚度和角度三结合标定方法,设计了基于加载扭矩变化的仪器刚度在线校准装置。基于PCSF算法实现了仪器刚度导... 详细信息

基于立式桶状精密减速器高精度检测仪现有结构,研究了测量扭矩引起仪器形变进而导致角度测量误差的现象及其规律。提出了扭矩、刚度和角度三结合标定方法,设计了基于加载扭矩变化的仪器刚度在线校准装置。基于PCSF算法实现了仪器刚度导致角度测量误差的实时专项补偿。解决了加载的测量扭矩变化影响仪器角度测量精度的难题。实验结果表明,补偿后扭矩变化导致的角度测量误差在±2″以内。

关键词：角度测量技术角度测量误差补偿 PCSF算法扭转刚度工业机器人