基于距离选通的激光水下温盐测量
发布时间：2021-10-30 13:10
海水温度、盐度是研究海水物理特性和化学特性的基本参数,在水产养殖、环境安全、气象预报等领域均有重要意义,高效、准确的温度、盐度测量方法是我国新时代海洋发展战略的重要保障之一。532nm激光的水下衰减系数较小,基于该波长的非接触式拉曼散射海水温盐测量技术能够实现大面积、高精度的高速海水温度盐度测量,同时具有操作简单,结构稳定等优点,因而成为近年来研究热点。后向散射是水下探测的主要干扰因素之一,影响了检测精度及探测深度的进一步提高。距离选通是抑制海水后向散射的主要手段之一,同时是实现对不同深度的水温盐测量的必要方法,基于距离选通的水下拉曼探测系统将有效提高海水温度盐度探测能力。本文研究了拉曼光谱测量温度盐度的基本原理,分析了光谱特征与水体温度盐度的建模方法,理论研究了温度盐度对水体拉曼光谱特征值的影响,归纳了拉曼光谱的数据处理方法,为海水温度盐度的探测提供了良好的理论基础。设计并搭建了基于距离选通的水下温盐测量系统,编写了基于LabVIEW软件平台的拉曼光谱实时采集、数据处理的软件系统。应用时空累加算法、噪声处理、归一化处理、位移校准和激光衰减校准等光谱处理方法,有效提高了探测系统的灵敏度...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-3双峰拟合法相对峰高/峰宽比与水温的关系
性关系图 1-3 双峰拟合法相对峰高/峰宽比与水温的关系[35]2000 年，K. Furic 等学者在测量 NaCL 溶液浓度的过程中，将拉曼差异谱法于其中，取得了良好的测量效果[36]，这种方法此前主要是应用于有机物浓度量。该方法主要是通过对比 NaCl 溶液和水溶液光谱的半高宽值，将处理得到0/d = I I与 NaCl 浓度进行拟合，实验结果如图 1-4 所示，实验结果呈现出良好性关系。
移量的作用高于低价阳离子，对于阳离子相同而阴离子不同的溶液，其曼位移的程度也不相同，阴离子对拉曼位移的影响力由大到小排序如下Cl-≈SO42->HCO3->CO32-≈NO3- [40]。2011 年，Dolenko 等提取了不同水样的拉曼光谱形状，通过人工神经网络究，提出了海水温盐度相互反演的方法，实验结果的测温精度为 0.8℃，为 1.1psu[41]。2014 年，麦考瑞大学的学者们通过对双色比和偏振度比的分光谱数据得到了样品的温度[42]。2015 年韩国 Oh 等利用 2×3cm 测量池分，并得到其拉曼光谱[43]。该系统使用 532nm 激光光源，采用德国 spectr，ICCD 采用低温型 ICCD。经过大量的实验分析，测得温度标准差在±。2017 年，麦考瑞大学的学者再次进行了深入研究，他们通过采集悉尼港样并获得了其拉曼光谱，对其与温度和盐度之间的关系进行了综合研究时构建的三通道光学系统同步测得温度与盐度，通过实验证明了利用拉算海水温度盐度的可能性。温度和盐度测定结果的均方根误差值分别始℃和±0.6psu 以下，实验系统如图 1-6 所示[44]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国世界海洋自然遗产申请的重要性分析[J]. 蔚东英,王胜强,高洁煌,朱彦鹏. 环境保护. 2016(24)
[2]测量海水温度分布的光纤光栅传感系统研究[J]. 李星蓉,李永倩. 华北电力大学学报(自然科学版). 2011(02)
[3]液态水氢键结构的拉曼光谱研究进展[J]. 蔡然,杨宏伟,和劲松,祝万鹏. 化工环保. 2010(06)
[4]17O-NMR与拉曼光谱法研究CuCl2和CuSO4对水结构的影响[J]. 阎波,赵林,王文华,谭欣. 环境化学. 2009(03)
[5]CTD与颠倒温度表、盐度计方法的系统比较[J]. 宋文鹏,姜锡仁,鞠莲. 海洋通报. 2009(02)
[6]海水盐度检测技术的最新进展[J]. 赵勇,胡开博,陈世哲,刘长卫. 光电工程. 2008(11)
[7]载波调制激光雷达技术在海洋探测中的应用[J]. 马泳,冀航,梁琨,林宏. 激光技术. 2008(04)
[8]基于PSoC和NTC的自容式海水温度测量仪设计[J]. 颜晗,李平. 微计算机应用. 2008(07)
[9]实验研究不同盐离子对水分子拉曼效应的影响[J]. 陈勇,周瑶琪,查明,王爱国. 地球化学. 2008(01)
[10]常见酸根离子浓度的激光拉曼光谱定量分析[J]. 邹晓艳,吕新彪,何谋春. 岩矿测试. 2007(01)
博士论文
[1]水团簇中氢键的电子结构理论研究[D]. 王波.吉林大学 2016
[2]基于激光散射的海水温度遥感技术研究[D]. 任秀云.哈尔滨工业大学 2016
[3]水合物赋存域孔隙水地化参数拉曼定量分析可行性研究[D]. 田陟贤.中国科学院研究生院(海洋研究所) 2015
[4]海洋表层盐度遥感反演机理及应用研究[D]. 李志.中国海洋大学 2008
硕士论文
[1]基于拉曼散射的海水盐度测量技术研究[D]. 张雪娟.哈尔滨工业大学 2017
[2]强弱氢键对水拉曼散射的影响[D]. 李天宇.吉林大学 2017
[3]微尺度下水的温度场测量实验研究[D]. 徐振华.华东理工大学 2011
[4]海水阴离子的激光拉曼光谱实验研究[D]. 滕达.中国海洋大学 2008
本文编号：3466788
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-3双峰拟合法相对峰高/峰宽比与水温的关系
性关系图 1-3 双峰拟合法相对峰高/峰宽比与水温的关系[35]2000 年，K. Furic 等学者在测量 NaCL 溶液浓度的过程中，将拉曼差异谱法于其中，取得了良好的测量效果[36]，这种方法此前主要是应用于有机物浓度量。该方法主要是通过对比 NaCl 溶液和水溶液光谱的半高宽值，将处理得到0/d = I I与 NaCl 浓度进行拟合，实验结果如图 1-4 所示，实验结果呈现出良好性关系。
移量的作用高于低价阳离子，对于阳离子相同而阴离子不同的溶液，其曼位移的程度也不相同，阴离子对拉曼位移的影响力由大到小排序如下Cl-≈SO42->HCO3->CO32-≈NO3- [40]。2011 年，Dolenko 等提取了不同水样的拉曼光谱形状，通过人工神经网络究，提出了海水温盐度相互反演的方法，实验结果的测温精度为 0.8℃，为 1.1psu[41]。2014 年，麦考瑞大学的学者们通过对双色比和偏振度比的分光谱数据得到了样品的温度[42]。2015 年韩国 Oh 等利用 2×3cm 测量池分，并得到其拉曼光谱[43]。该系统使用 532nm 激光光源，采用德国 spectr，ICCD 采用低温型 ICCD。经过大量的实验分析，测得温度标准差在±。2017 年，麦考瑞大学的学者再次进行了深入研究，他们通过采集悉尼港样并获得了其拉曼光谱，对其与温度和盐度之间的关系进行了综合研究时构建的三通道光学系统同步测得温度与盐度，通过实验证明了利用拉算海水温度盐度的可能性。温度和盐度测定结果的均方根误差值分别始℃和±0.6psu 以下，实验系统如图 1-6 所示[44]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国世界海洋自然遗产申请的重要性分析[J]. 蔚东英,王胜强,高洁煌,朱彦鹏. 环境保护. 2016(24)
[2]测量海水温度分布的光纤光栅传感系统研究[J]. 李星蓉,李永倩. 华北电力大学学报(自然科学版). 2011(02)
[3]液态水氢键结构的拉曼光谱研究进展[J]. 蔡然,杨宏伟,和劲松,祝万鹏. 化工环保. 2010(06)
[4]17O-NMR与拉曼光谱法研究CuCl2和CuSO4对水结构的影响[J]. 阎波,赵林,王文华,谭欣. 环境化学. 2009(03)
[5]CTD与颠倒温度表、盐度计方法的系统比较[J]. 宋文鹏,姜锡仁,鞠莲. 海洋通报. 2009(02)
[6]海水盐度检测技术的最新进展[J]. 赵勇,胡开博,陈世哲,刘长卫. 光电工程. 2008(11)
[7]载波调制激光雷达技术在海洋探测中的应用[J]. 马泳,冀航,梁琨,林宏. 激光技术. 2008(04)
[8]基于PSoC和NTC的自容式海水温度测量仪设计[J]. 颜晗,李平. 微计算机应用. 2008(07)
[9]实验研究不同盐离子对水分子拉曼效应的影响[J]. 陈勇,周瑶琪,查明,王爱国. 地球化学. 2008(01)
[10]常见酸根离子浓度的激光拉曼光谱定量分析[J]. 邹晓艳,吕新彪,何谋春. 岩矿测试. 2007(01)
博士论文
[1]水团簇中氢键的电子结构理论研究[D]. 王波.吉林大学 2016
[2]基于激光散射的海水温度遥感技术研究[D]. 任秀云.哈尔滨工业大学 2016
[3]水合物赋存域孔隙水地化参数拉曼定量分析可行性研究[D]. 田陟贤.中国科学院研究生院(海洋研究所) 2015
[4]海洋表层盐度遥感反演机理及应用研究[D]. 李志.中国海洋大学 2008
硕士论文
[1]基于拉曼散射的海水盐度测量技术研究[D]. 张雪娟.哈尔滨工业大学 2017
[2]强弱氢键对水拉曼散射的影响[D]. 李天宇.吉林大学 2017
[3]微尺度下水的温度场测量实验研究[D]. 徐振华.华东理工大学 2011
[4]海水阴离子的激光拉曼光谱实验研究[D]. 滕达.中国海洋大学 2008
本文编号：3466788
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