目前,我國(guó)90%以上的高端海洋監(jiān)測(cè)裝備仍需進(jìn)口,重要的原因之一是國(guó)內(nèi)海洋儀器樣機(jī)研發(fā)成功后,不具備相關(guān)的產(chǎn)品化測(cè)試流程和環(huán)境,無(wú)法進(jìn)行良好的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),大量的功能樣機(jī)沒(méi)有定型,國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備所占市場(chǎng)份額極其有限。基于此,研發(fā)近海海洋儀器試驗(yàn)場(chǎng)測(cè)試裝備,為在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)階段對(duì)海洋儀器設(shè)備的可操控性、可靠性和環(huán)境適應(yīng)能力測(cè)試提供海洋現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)平臺(tái)具有重要價(jià)值。本課題主要的研究工作內(nèi)容及取得的成果如下:(1)對(duì)上海市近海環(huán)境監(jiān)測(cè)站網(wǎng)各站點(diǎn)水質(zhì)、氣象、水深、浪流等歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行研究,根據(jù)海洋儀器設(shè)備測(cè)試試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)基本原則,遴選了8個(gè)測(cè)試站點(diǎn)作為研究對(duì)象。對(duì)這些入選站點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察、研判。結(jié)合當(dāng)?shù)睾Ｓ蛳痰兓?guī)律、泥沙、浪流等特點(diǎn),進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了大戢山、九段沙、南槽東、小洋山和蘆潮港5個(gè)測(cè)試站點(diǎn),建立無(wú)人值守式海洋儀器設(shè)備測(cè)試網(wǎng)。在選點(diǎn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行海洋儀器測(cè)試裝備架構(gòu)總體設(shè)計(jì)方案的制定,對(duì)不同海域測(cè)試站點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)用儀器測(cè)試裝備的開(kāi)發(fā),包括岸站式測(cè)試裝備設(shè)計(jì)方案、浮動(dòng)式測(cè)試裝備設(shè)計(jì)方案、工作模式以及互聯(lián)互通方案的實(shí)現(xiàn)。(2)針對(duì)岸站式測(cè)試站點(diǎn),設(shè)計(jì)了固定式立管海洋儀器自動(dòng)化測(cè)試裝備,由不同直徑的低壓聚乙烯立管以相互內(nèi)嵌的機(jī)理組成主體,傳感器掛載裝置在最外層長(zhǎng)度7m,內(nèi)徑268mm立管內(nèi)部進(jìn)行卷纜式升降,同時(shí)搭載最多5個(gè)直徑最大50mm的不同類(lèi)型傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋儀器的工況監(jiān)測(cè)、性能指標(biāo)檢測(cè)。固定式測(cè)試裝備能夠?qū)Ｉ铣蔽蛔兓M(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),上升/下降時(shí)間約為68s/62s;傳感器監(jiān)測(cè)攝像裝置位于透明玻璃鋼層;螺旋槳通過(guò)一定頻率的旋轉(zhuǎn)形成的變速渦流能有效防止生物在傳感器上附著�？紤]到海洋儀器測(cè)試裝備在浪流環(huán)境下的沖擊,為提升系統(tǒng)的健壯性,通過(guò)Ansys流固耦合仿真及應(yīng)力分析,4m/s的流速下,立管末端最大變形量為0.0797mm,優(yōu)化固定式海洋儀器測(cè)試裝備結(jié)構(gòu),引入消波設(shè)計(jì)后,形變量減少了43%,有效提高了海洋儀器工作的可靠性。(3)對(duì)于非岸站式測(cè)試站點(diǎn),設(shè)計(jì)了浮動(dòng)式海洋儀器自動(dòng)化測(cè)試裝備,以直徑1200mm,高度620mm的新型聚脲浮體為載體,內(nèi)嵌海洋儀器升降裝置、攝像監(jiān)測(cè)裝置、控制模塊及12V能源系統(tǒng)等,可搭載多達(dá)3種不同類(lèi)型傳感器,并可進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)浮動(dòng)式海洋儀器測(cè)試裝備及錨系的受力、穩(wěn)性、儲(chǔ)備浮力等水動(dòng)力特性進(jìn)行分析計(jì)算、升降系統(tǒng)測(cè)試(上升/下降時(shí)間為63s/58s)、水槽試驗(yàn)(吃水深度220mm),驗(yàn)證了浮式海洋儀器測(cè)試裝備工作的穩(wěn)定性、可靠性。通過(guò)海洋儀器升降工作模式的設(shè)定、海洋儀器的升降誤差校準(zhǔn)及防生物附著設(shè)計(jì),提升海洋儀器水質(zhì)檢測(cè)工作的能力,實(shí)現(xiàn)不同/同類(lèi)型海洋儀器的性能指標(biāo)測(cè)試。雙攝像系統(tǒng)能夠分別檢測(cè)海洋儀器及周邊海況,通過(guò)海洋儀器的定期升降消除傳感器探頭氣泡和生物附著對(duì)測(cè)量值的影響,對(duì)被測(cè)儀器進(jìn)行多方位拍攝,觀測(cè)其實(shí)際工作狀態(tài)。(4)根據(jù)近海海洋試驗(yàn)場(chǎng)測(cè)試需求,共研發(fā)設(shè)計(jì)制造5臺(tái)海洋儀器測(cè)試裝備,結(jié)合不同海域的實(shí)際海況,通過(guò)不同的海洋儀器升降方式實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)傳感器的性能比測(cè)和監(jiān)控。為更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋儀器的檢測(cè),利用不同海域的環(huán)境特點(diǎn),在九段沙海域、南槽東海洋測(cè)試站點(diǎn)、大戢山海洋測(cè)試站點(diǎn)、小洋山海洋測(cè)試站點(diǎn)和蘆潮港測(cè)試站點(diǎn)分別投放、安裝海洋儀器測(cè)試裝備,搭建了互聯(lián)互通的近海海洋儀器試驗(yàn)場(chǎng)。其中,大戢山和南槽東站點(diǎn)為通訊中繼站點(diǎn)。(5)海上試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析。針對(duì)課題的要求,在九段沙、南槽東、大戢山、小洋山和蘆潮港、對(duì)研發(fā)裝備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),對(duì)采集到的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析。觀測(cè)分析浮式海洋儀器測(cè)試裝備的吃水深度、浮心情況、升降可靠性以及固定式海洋儀器的渦激振動(dòng)情況、失穩(wěn)現(xiàn)象等。經(jīng)過(guò)冬季、夏季海上試驗(yàn),海洋儀器自動(dòng)化測(cè)試裝備在海上運(yùn)行可靠,裝備整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)性、形變和抗風(fēng)浪性符合設(shè)計(jì)要求并且經(jīng)受住了9級(jí)溫比亞臺(tái)風(fēng)的侵襲,上位機(jī)端能夠正常采集到水壓、水溫、PH等水質(zhì)參數(shù),實(shí)現(xiàn)海洋儀器間的性能測(cè)試和對(duì)比。
【學(xué)位單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TH766
【部分圖文】：

圖 1-1 加速研究系統(tǒng)[5-6]1-2 蒙特雷灣綜合海洋試驗(yàn)場(chǎng)[5-6]Fig.1-1 MARS System diagram[5-6]Fig.1-2 Monterey Bay Sea Test Site[5-6]浮標(biāo)檢測(cè)裝備及裝備管柱作為海上測(cè)試裝備的關(guān)鍵子部件，國(guó)內(nèi)外對(duì)裝備管柱和浮標(biāo)的設(shè)計(jì)也層出不窮。裝備管柱通過(guò)等安全系數(shù)法、德國(guó)BEB法等設(shè)計(jì)方法，綜合考慮管柱強(qiáng)度的可靠性對(duì)測(cè)試裝備進(jìn)行設(shè)計(jì)[9-12]。套管設(shè)計(jì)方法也在不斷完善和補(bǔ)充，如Maes設(shè)計(jì)法，大大提升了立管裝備的可靠性，Hajime設(shè)計(jì)法，提供了管柱擠毀、爆裂和拉伸的設(shè)計(jì)[13]。國(guó)外對(duì)于管柱力學(xué)的分析，主要通過(guò)受力分析軟件進(jìn)行管柱力學(xué)分析，這些軟件大部分由各大石油公司開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，如美國(guó)斯倫貝謝公司開(kāi)發(fā)的Frac CADE[14]。然而，這些設(shè)計(jì)方法并不具有廣泛的適用性，即對(duì)管柱的破壞因素還沒(méi)有進(jìn)行全面的分析。現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家正在將各類(lèi)立管設(shè)計(jì)模型結(jié)合到一起，如管柱磨損，防腐蝕，F(xiàn)TA失效分析等，形成了更加完善的套管設(shè)計(jì)方案[15-16]。浮標(biāo)檢測(cè)裝備是無(wú)人值守式自動(dòng)化海洋測(cè)站，浮標(biāo)的水動(dòng)力特性及系泊設(shè)計(jì)直接影響到測(cè)試裝備的穩(wěn)定性。浮標(biāo)裝備的設(shè)計(jì)研究起源于國(guó)外，主要通過(guò)對(duì)浮標(biāo)的水動(dòng)力特性參數(shù)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，具體包括浮標(biāo)的搖擺周期及方向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)預(yù)

上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文域海洋儀器檢測(cè)的試驗(yàn)場(chǎng)較少，導(dǎo)致海洋監(jiān)測(cè)儀器工上試驗(yàn)平臺(tái)建于威海，于 2017 年初步建成[21]。通測(cè)試平臺(tái)和方法，包括軟硬件的優(yōu)化升級(jí)，為試驗(yàn)儀器設(shè)備比測(cè)研究等[22]。2013 年年底，我國(guó)成功建圖 1-3。該海洋儀器測(cè)試實(shí)驗(yàn)室能實(shí)現(xiàn)海洋儀器設(shè)變化，進(jìn)一步對(duì)海洋儀器試驗(yàn)進(jìn)行分析[23]。

為形成較為完善的試驗(yàn)場(chǎng)，從微波通訊要求、地形地貌、距離、海況、營(yíng)分布、鹽度、濁度等方面對(duì)長(zhǎng)江口海域相關(guān)島礁和測(cè)站進(jìn)行了綜合性調(diào)研，這些站點(diǎn)的調(diào)研，結(jié)合通訊基礎(chǔ)條件，構(gòu)建五站點(diǎn)試驗(yàn)場(chǎng)基本架構(gòu)，具體測(cè)點(diǎn)情況如下。1.1 綠華礁海域與蘆潮港碼頭海域測(cè)試站點(diǎn)綠華礁海域距離中繼點(diǎn)大戢山約 42km，簡(jiǎn)稱(chēng)綠華島，如圖 2-1 所示。綠華東面和西邊各有一座島嶼，通過(guò)百米跨海大橋，東西兩島連接在一起[36]。綠周邊海況調(diào)研情況 2-2 所示，島上已具備測(cè)站設(shè)備，該測(cè)試設(shè)備通過(guò)設(shè)置給工作模式，定時(shí)自動(dòng)采集水質(zhì)數(shù)據(jù)并有線回傳至機(jī)房。水質(zhì)數(shù)據(jù)是通過(guò)傳感測(cè)站內(nèi)置管道進(jìn)行測(cè)量，測(cè)站采用混凝土鋼架結(jié)構(gòu)架高，距離潮水位 10m。周邊鹽度、潮位及濁度變化小，測(cè)站東向有 2 做島礁，高約 20 米，有可能會(huì)波通訊信號(hào)造成阻擋。
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本文編號(hào)：2864145