自容式湍流仪制造技术

本发明专利技术公开了一种检测海洋湍流的湍流仪，发明专利技术了一种自容式湍流仪。其特征在于：能有准确的观测湍流信号并且获取相应的数据。湍流仪的整体设计包括测量平台(即湍流仪壳体)的设计和仪器内部信号采集、控制和数据存储电路的设计，采集控制主要包括：ARM处理器的选择，处理器的选择。在此说明书中，将详细介绍湍流仪的硬件设计和软件设计。硬件设计中将详细介绍湍流通道信号通道设计、加速度传感器电路设计、姿态传感器设计、电源电路设计、串口电路设计等。软件设计中，将介绍串口写入程序，以及软件总体流程图。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于湍流检测工具，是结合机械、电子、控制技术为一体的机电一体化设备。
技术介绍
在海洋水体中任意一点的速度的大小和方向都存在显著变动的不稳定的紊乱流动称为湍流，湍流通常也乱流或紊流。湍流状态的维持则需要外界源源不断向水体供应能量。海洋湍流在海水的热量、质量及动量运输中起到重要的作用，它也是调控大洋温盐环流的动力源泉，并影响到全球气候的变化，同时对海水中悬浮物质的分布和海洋生态环境的影响具有显著效应。研究海洋湍流对认知海洋环流如何运动，完善海洋环流和气候模型具有关键性的作用。同时，海洋灾害和异常海洋现象均需要人们对海洋微结构湍流进行准确、细致和深刻的认识，以便改进和完善现有的海洋灾害预报模式。因此，海洋湍流研究已成为海洋科学研究的重要领域，而海洋湍流资料的获取技术已成为物理海洋观测技术的核心研究方向。
技术实现思路
湍流仪的壳体设计如附图1，壳体分为头仓、仪器仓、中间仓、电池仓、尾杆、尾翼六个部分，其中头仓内有剪切探头的机械接口，为使剪切信号尽可能减少干扰，也将电荷放大器放在头仓，仪器仓放有姿态传感器、采集卡、主电路板及电源接口，为使仪器仓稳固，将各部分均固定在一个L型铝板上；电池仓存放仪器使用的电源，电池仓中弓I出的电源线通过水密接头穿过中间仓到达仪器仓为各部分供电；尾杆是一空心金属管，移动尾杆中的金属块可以配平仪器，使仪器处于水平状态。湍流仪的数据采集设计: 湍流仪的整体硬件结构图如附图2，其主要参数如下所示，剪切信号及加速的信号24位，剪切信号及加速度采集频率为1024Hz，姿态信号采集IHz，抗压深度为1000m，温度范围为:-5°C?+50°C，存储容量为2GB。湍流仪的软件设计: STM32F107控制整体系统的计算及运行，主要包括以中断方式接受两个串口发送的数据，其中UARTl为剪切数据和加速度数据，UART2为仪器的姿态数据，STM32F107和UARTl和UART2的数据分别以.txt格式存放在SD卡上，并以采样开始时刻命名文件名。STM32F107用1 口控制电源模块的使能与禁止，在采样器件，STM32F107使能姿态传感器、加速度传感器、采集卡的电源模块，使各模块上电工作；总体系统软件流程图如附图3。【附图说明】图1是湍流仪的壳体设计图；1 一尾翼；2—尾杆；3 —电池仓；4一中间仓；5—仪器仓；6—头仓。图2是湍流仪数据采集部分的整体硬件结构图； 图3是软件总体流程图； 图4是潜标系统的组成图。【具体实施方式】为验证湍流仪的有效性及数据准确性，将自主设计的湍流仪与湍流刨面仪在胶州湾进行了对比实验，对比实验基于潜标系统。外海实验潜标系统的组成图如附图4，实验潜标包括浮球、温度深度测量仪、自主湍流仪、海流计、声学释放器、浮球、连接件及绳缆。浮球的数据根据重力比重计算得出。附图4设计的自容式海洋动力环境潜标系统具有定点连续观测海水内部运动并且数据自容(数据存储容量满足半年观测数据存储能力)的能力，整个系统完全工作于水下，海面状况对其影响较小，并且不容易受到人为损害，潜标系统是实现海洋内部运动的重要设备和技术手段。通过实验，得到流速姿态图，通过流速姿态图，可以得出起始阶段流向和湍流仪方向吻合，湍流仪表现出良好的迎流性，并且通过比较自制瑞流仪计算结果比较稳定，说明在自制湍流仪可以准确的测量湍流信号，可以用于海洋湍流观测。【主权项】1.一种应用于潜标系统中可长期定点观测的自容式湍流仪，该湍流仪在水下保持良好的迎流性，能够在水中保持稳定状态。2.根据权利要求1所述自容式湍流仪，其特征在于，测量平台设计为流线形并在尾部添加十字形舵。3.根据权利要求1所述自容式湍流仪，其特征在于采用剪切探头，探头测得的信号后续处理的理论计算都是基于测量平台在相对稳定的前提下推导出来的。【专利摘要】本专利技术公开了一种检测海洋湍流的湍流仪，专利技术了一种自容式湍流仪。其特征在于：能有准确的观测湍流信号并且获取相应的数据。湍流仪的整体设计包括测量平台(即湍流仪壳体)的设计和仪器内部信号采集、控制和数据存储电路的设计，采集控制主要包括：ARM处理器的选择，处理器的选择。在此说明书中，将详细介绍湍流仪的硬件设计和软件设计。硬件设计中将详细介绍湍流通道信号通道设计、加速度传感器电路设计、姿态传感器设计、电源电路设计、串口电路设计等。软件设计中，将介绍串口写入程序，以及软件总体流程图。【IPC分类】G01C13-00【公开号】CN104697503【申请号】CN201310655858【专利技术人】白茂东 【申请人】白茂东【公开日】2015年6月10日【申请日】2013年12月9日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于潜标系统中可长期定点观测的自容式湍流仪，该湍流仪在水下保持良好的迎流性，能够在水中保持稳定状态。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白茂东，
申请(专利权)人：白茂东，
类型：发明
国别省市：辽宁;21