作者单位
摘要
1 西安理工大学 自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
2 西安理工大学陕西省智能协同网络军民共建重点实验室, 陕西 西安 710000
3 齐鲁工业大学海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001
作为一种新型的激光探测雷达, 布里渊激光雷达可以用于海水参数的监测。针对现有的布里渊激光雷达反演模型存在反演精度和参数范围较小的缺点, 将频移和线宽作为自变量, 采用最小二乘法对温度与盐度进行了拟合, 提出了新的温度与盐度的反演模型。该模型提高了海水温度和盐度的反演精度与范围, 并从灵敏度、误差、不确定度三个方面对反演模型进行了分析。结果表明, 利用布里渊频移和线宽可以实现海洋温度和盐度的同步监测。在温度反演模型中, 布里渊线宽对温度的影响要大于频移对温度的影响, 新的模型温度反演范围从15 ℃≤T≤30 ℃扩大为10 ℃≤T≤30 ℃, 最大误差为0.17 ℃, 平均误差为0.07 ℃, 平均相对误差为0.27%, 比现有模型的精度提高了63.16%; 在盐度反演模型中, 布里渊频移对盐度的影响要大于线宽对盐度的影响, 该模型的反演范围也从30‰≤S≤35‰扩大为15‰≤S≤35‰, 最大误差为0.20‰, 平均误差为0.09‰, 平均相对误差为0.29%, 比现有模型的精度提高了77.50%。研究结果对布里渊激光雷达探测海水温度和盐度具有指导意义。
布里渊频移 布里渊线宽 温度 盐度 拟合模型 Brillouin frequency shift Brillouin linewidth temperature salinity inversion model 
光学与光电技术
2023, 21(6): 0080
作者单位
摘要
1 武汉理工大学 光纤传感技术与网络国家工程研究中心,武汉 430070
2 武汉理工大学 信息工程学院,武汉 430070
提出了一种基于拉丝塔光纤光栅(DTG)的准分布式温盐传感器,可以同时测量海水的温度和盐度。该传感器由多个聚酰亚胺(PI)涂敷DTG和无涂敷DTG串联构成,PI涂敷DTG作为盐度传感组件,盐度的变化会导致聚酰亚胺涂层吸收或释放水而产生膨胀或收缩作用,进而引起光纤光栅中心波长的漂移。温度串扰可以通过使用无涂敷光纤光栅中心波长的变化来补偿。实验结果表明,该传感器能实现温度和盐度的实时测量,对温度和盐度的变化表现出线性响应,且具有良好的重复性。其中,盐度灵敏度平均为-5.58 pm/(mol/L),温度灵敏度平均为10.02 pm/℃。由于拉丝塔光纤光栅的超弱反射特性,该方法可以实现大规模海水温度和盐度的准分布式测量,在海洋工程中有一定的应用前景。
盐度测量 温度补偿 拉丝塔光纤光栅 聚酰亚胺 准分布式 Salinity measurement Temperature compensation Drawing-tower gratings Polyimide Quasi-distributed 
光子学报
2023, 52(4): 0406001
仝锐杰 1,2王煜 1邢斌 1赵勇 1,2,*
作者单位
摘要
1 东北大学信息科学与工程学院,辽宁 沈阳 110004
2 微纳米精密光学传感与测量技术河北省重点实验室,河北 秦皇岛 066004
为了实现对海水温度与盐度变化的同时监测,提出了一种基于光子晶体光纤(PCF)的表面等离子体共振(SPR)传感器。该传感器探头通过在两段多模光纤之间熔接一段PCF实现,并在PCF表面镀金膜用以激发SPR现象。该方案将光纤SPR传感探头与温敏材料聚二甲基硅氧烷相结合形成双重SPR效应,实现了海水的温度与盐度同时检测。实验结果表明:该传感器的最大温度灵敏度为-2.021 nm/℃,最大盐度灵敏度为0.418 nm/‰。该传感器体积小、制作简单、性能优异,适用于海水的多参数、分布式测量,在液态物质测量中有较好的应用前景。
光纤 表面等离子体共振 盐度 温度 
激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106026
孙枢为 1,2,3王昊 2,3汪伟 1,2,*李鹏 1,2[ ... ]谢小平 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 光子网络技术研究室,西安 710119
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室,西安 710119
3 中国科学院大学,北京 100049
针对湍流对水下成像系统的影响,基于Yao折射率起伏功率谱,推导了平面波的波结构函数,完善了水下光学成像模型,其优势在于将难以测量的微观参量如动能耗散率和温度耗散率,用平均温度和平均盐度等宏观参量代替。数值仿真了不同平均温度与平均盐度条件下水下湍流通过改变波前,进而对成像系统调制传递函数产生影响。仿真结果表明,平均温度与平均盐度升高,均会造成系统成像质量下降,进一步研究发现平均盐度增加,不同空间频率的调制传递函数值均线性下降,且下降幅度基本一致;随着平均温度升高,调制传递函数值线性下降,且高频成分的调制传递函数值下降得更快。为验证成像模型的正确性,设计搭建了3 m长的水下光学成像实验平台,利用相机记录分辨率板透过湍流的成像情况,得到不同平均温度与平均盐度条件下的调制传递函数曲线。对比实验与仿真结果发现,在平均温度10 ℃~30 ℃与平均盐度0 ppt~30 ppt范围内,对比度随平均温度与平均盐度变化趋势相同。该研究对水下光学成像系统的设计优化及水下图像处理具有一定的参考价值。
水下湍流 折射率起伏功率谱 波结构函数 调制传递函数 温度 盐度 Underwater turbulence Power spectrum Wave structure function Modulation transfer function Temperature Salinity 
光子学报
2022, 51(12): 1211004
徐宁 1,2张博 1,2罗宁宁 1,2徐进军 1,2[ ... ]史久林 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室,江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西 南昌 330063
3 南昌航空大学无损检测与光电传感技术与应用国家工程实验室,江西 南昌 330063
为实现海水温度和盐度的同步测量,理论和实验研究了受激布里渊散射(SBS)频移和线宽相结合的数据反演方法。理论上根据经验公式,拟合了SBS频移、线宽随温度、盐度的变化关系。实验上测量了不同温度、盐度下海水的SBS频移和线宽,并利用理论反演模型反演分析了海水的温度和盐度。研究结果表明,利用频移和线宽相结合的方法可实现海水温度和盐度的同步反演,温度反演误差的最小值为0.04 ℃、最大值为0.41 ℃,盐度反演误差的最小值为0.09‰、最大值为0.65‰。
散射 受激布里渊散射 频移 线宽 温度 盐度 
光学学报
2022, 42(24): 2429001
作者单位
摘要
华侨大学 信息科学与工程学院 福建省光传输与变换重点实验室,福建 厦门 361021
研究光束在海洋湍流中的传输特性尤为重要。为了更贴近实际情况,人工搭建了能控制水下湍流强度和盐度的装置来研究涡旋光束和高斯光束在水下湍流中的传输特性。结果表明:相比于未添加海盐的水下湍流,光束在增添海盐的水下湍流中传输光斑会更加弥散,光强会更弱。无论是强湍流还是弱湍流,m=2的涡旋光束在盐度为4.35‰的水下湍流中的闪烁因子都大于其在盐度为2.42‰的水下湍流中所对应的闪烁因子。另外,m=2的涡旋光束传输到相同的距离时,其闪烁因子随着水下湍流的盐度和强度的增大而增大。不同盐度条件下,m=2的涡旋光束的径向闪烁因子随径向距离的增大呈先减小后增大的变化趋势。另外,搭建了传输距离更长的实验装置,在20米的传输距离内,拓扑电荷m=2的涡旋光束的闪烁因子远高于高斯光束所对应的闪烁因子,且m=2的涡旋光束和高斯光束的闪烁因子都随着传输距离的增大而增大。
涡旋光束 水下湍流 闪烁因子 盐度 传输 vortex beam underwater turbulence scintillation index salinity propagation 
中国光学
2022, 15(1): 111
王力 1,2王永杰 1于非 3,**李芳 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所光电系统实验室,北京  100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院,北京  100049
3 中国科学院海洋研究所,山东 青岛  266071

光纤传感器以其尺寸小、易于组网、本征抗电磁干扰等优势,有望在海洋观测领域成为一种辅助的测量手段。近年来围绕着物理海洋观测领域的光纤传感技术研究受到了科研人员的广泛关注。本文按测量对象和测量原理分类,着重介绍了基于光纤光栅的海水温度传感器、海水盐度传感器和海水压力传感器,基于多芯光纤的海水盐度传感器,基于Michelson和Mach-Zehnder干涉式的海水盐度传感器,基于F-P腔的海水压力传感器,基于谐振、耦合技术的新型光纤海洋温盐深传感器,以及基于热耗散和湍动能耗散两种原理的光纤湍流传感器;分析了各种传感器的测量方法与实验结果,并指出技术上的优缺点。最后,展望了光纤传感器在物理海洋观测领域的发展前景。

光纤光学 温度 盐度 压力 深度 湍流 光纤传感 
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306014
作者单位
摘要
1 西安工业大学 兵器科学与技术学院,陕西 西安 710021
2 西安工业大学 光电工程学院,陕西 西安 710021
3 西安冠华电子科技有限公司,陕西 西安 710089
为实现高灵敏度的盐度测量,提出了一种基于空芯光纤的单模光纤–空芯光纤–单模光纤(SMF-HCF-SMF)复合双腔光纤法珀(F-P)盐度传感器。该传感器通过精密切割结合光纤熔接技术制备,结构小巧,工艺简单。通过HCF段空气腔与SMF段介质腔所对应的反射光谱干涉信号的振幅之比对盐度进行测量,可以有效剔除光源功率起伏以及其他外部干扰的影响,实现盐度的高灵敏度测量。利用该传感器进行了盐度测量实验,在0%~24%的范围内实现了高达0.101 %−1的盐度测量灵敏度,同时传感器表现出了良好的线性响应。
法布里–珀罗干涉仪 光纤传感器 盐度 Fabry-Perot interferometer optical fiber sensor salinity 
光学仪器
2021, 43(3): 72
作者单位
摘要
1 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 Department of Telecommunications and Information Processing, Ghent University, B-9000 Ghent, Belgium
3 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
石油作为一种重要的化石能源, 是人类社会生产活动中不可缺少的一部分。 石油在被人们开采、 使用的过程中不可避免地会发生泄漏, 泄漏的石油会给生态环境带来严重的威胁。 因此, 在石油泄漏后需要及时对其进行处理, 而其前提是能够准确识别石油种类。 由于石油中多种物质具有荧光特性, 因此应用荧光光谱法可对石油进行有效检测。 但石油所含组分较多, 使得其光谱信息重叠严重, 识别困难。 而三阶校正方法具有“三阶优势”, 可以分辨高共线性、 高噪声水平下的数据。 其中, 三阶校正中的交替加权残差约束四线性分解(AWRCQLD)算法具有收敛速度快、 对组分数不敏感等优点; 因此, 利用三维荧光光谱技术结合AWRCQLD算法, 对混合油液进行检测。 首先, 配制3种盐度条件下的十二烷基硫酸钠(SDS)溶剂; 并在每种盐度条件下分别将航空煤油和润滑油按照不同浓度比混合, 最终得到24个校正样本和9个预测样本。 然后, 使用FLS920荧光光谱仪对实验样本进行光谱数据采集。 其次, 使用扣除空白法去除光谱中的散射, 并通过核一致诊断法判断混合油中的组分数。 最后, 用AWRCQLD算法对四维光谱矩阵进行解析。 研究结果表明, 在0~20盐度范围内, 随着盐度的增加, 航空煤油的荧光强度先减小后增大, 润滑油的荧光强度先增大后减小; 混合油解析光谱曲线分别与航空煤油及润滑油的实际光谱曲线重合度良好; 经AWRCQLD算法解析后得到的航空煤油的回收率范围为100.2%~109%, 均方根误差为0.002 1 mg·mL-1; 润滑油的回收率范围为91.8%~109.3%, 均方根误差为0.004 8 mg·mL-1。 通过引入盐度作为新一维度的数据, 从而将三维光谱数据阵扩展到相应的四维光谱数据阵。 并利用AWRCQLD算法对四维光谱数据阵进行了解析, 实现了在不同盐度条件下对混合油的定性和定量分析。 同时, 为不同盐度条件下的混合油液检测提供了参考。
三维荧光光谱 海水盐度 混合油检测 3D fluorescence spectroscopy AWRCQLD AWRCQLD Seawater salinity Mixed oil detection 
光谱学与光谱分析
2020, 40(6): 1769
许锦 1,1郭洋宁 1,1胡芬 1,1罗宁宁 1,1,2,2[ ... ]何兴道 1,1,2,2
作者单位
摘要
1 南昌航空大学 江西省光电检测技术工程实验室, 南昌 330063
2 南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室, 南昌 330063
针对水中受激布里渊散射阈值和增益这两个重要特征参量,理论分析了温度和盐度对水中受激布里渊散射增益的影响,同时采用耦合波方程与平均衰减系数相结合的方法,研究了阈值与温度和衰减系数的相关性.研究结果表明,受激布里渊散射的增益与温度和盐度正相关,随着温度和盐度的升高,受激布里渊散射增益增大;而受激布里渊散射阈值随着温度的增加而减小,随着衰减系数的增大而增大.研究结果对了解水中的受激布里渊散射过程提供理论依据.
受激布里渊散射 增益 阈值 温度 盐度 Stimulated Brillouin scattering Gain Threshold value Temperature Salinity 
光子学报
2019, 48(12): 1229002

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