1、典型轉(zhuǎn)子式海流計一、引言海流是海洋中的主要動力要素，從海表面到海底，都 存在海水的流動。風(fēng)、密度差、地球自身的轉(zhuǎn)動等因素是 引起海水流動的主要原因。海流有流速和流向，是海洋中 物質(zhì)和能量交換與輸運的主要驅(qū)動力。海流基本上分兩大類：一是比較有規(guī)則的流動，例如各種不同尺度的環(huán)流、 渦流、潮流、灣流、潛流，我國東部沿海的黑潮、南海的 環(huán)流、黃海潮流、赤道潛流都屬這一類海流，其特點是流 跡比較固定，封閉或不封閉；二是不規(guī)則的流動，風(fēng)生流 基本屬于這一類海流，海上大風(fēng)過程及大風(fēng)過后產(chǎn)生的風(fēng) 生流是不規(guī)則的，它是在風(fēng)應(yīng)力作用下的海水的受迫流 動。對海流的觀測從參照系上來區(qū)分，有拉格朗日法和歐拉法兩種。拉格

2、朗日法測流是將測流儀器設(shè)備當做隨海流 運動的質(zhì)點，觀測其隨時間和空間的變化，計算出流速， 測定其流向。歐拉法測流是固定測流儀器設(shè)備的空間位 置，而觀測水質(zhì)點（或水團）隨時間和空間的變化，通過 數(shù)據(jù)處理，確定流速和流向。歐拉法測流原理主要有：機 械轉(zhuǎn)子式海流計；聲學(xué)海流計；電磁海流計。其它還有照 相式海流計、卡門渦街式海流計等。 電磁波也可用于測流， 例如高頻地波（表面波）雷達探測海表面流場。機械轉(zhuǎn)子式海流計是最經(jīng)典、最簡單而實用的海流測量儀器。它通過機械轉(zhuǎn)子（旋杯、旋槳、轉(zhuǎn)子等）將海流 的動能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的機械能，通過測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來測量流速。經(jīng)水槽率定（標定），事先建立轉(zhuǎn)速與流速的 對應(yīng)關(guān)

3、系，經(jīng)數(shù)學(xué)處理得到對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系（一般是近似 線性關(guān)系）。被測海流流速是在被選定時間段的平均值， 而非瞬時值。其關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵部件主要是機械轉(zhuǎn)子和機 電轉(zhuǎn)換。啟動流速和轉(zhuǎn)速與流速的線性相關(guān)系數(shù)是判斷轉(zhuǎn) 子設(shè)計性能的主要指標。流向測量是通過磁羅盤直接測定的。國內(nèi)在上世紀的 60年代初至90年代初，主要生產(chǎn)和 使用厄克曼直讀式海流計、印刷海流計、薩沃紐斯轉(zhuǎn)子海 流計、旋槳式直讀海流計及適用于潛標系統(tǒng)中使用的大尾 舵存儲式轉(zhuǎn)子海流計，上述儀器多數(shù)已不生產(chǎn)。目前國內(nèi) 使用的機械轉(zhuǎn)子式海流計主要是青島海洋大學(xué)生產(chǎn)的 SLC9- 2型直讀式海流計和從挪威進口的安德拉RCM系列轉(zhuǎn)子式海流計。以下對上述兩種機

4、械轉(zhuǎn)子式海流計設(shè)備分 別進行介紹，供大家閱讀了解。二、SLC9 - 2型直讀式海流計（一）用途及特點1. 用途：SLC9 2型直讀式海流計是一種輕便、廉價、低功耗的測量水流的儀器。它由水下機、水上數(shù)據(jù)終端等部分組 成，用三芯輕便拉力電纜傳輸訊號，可在船只或平臺上使 用。它有通訊接口，便于成為測量系統(tǒng)的一個積木化單元。使用水域不受限制，尤其適宜于超淺海水域中使用。2. 整機功能和特點： 儀器結(jié)構(gòu)牢固，外型設(shè)計美觀大方，體積小巧，攜帶方便。 儀器設(shè)計造形好，波浪影響小，動態(tài)特性好。 儀器水下機各密封部位均采用雙密封結(jié)構(gòu)，具有良好的水密性能。 積木化的設(shè)計是該儀器的特色，儀器的任何外設(shè)既可按數(shù)字直讀

5、方式工作，又能配用打印機工作，還配有標 準的數(shù)據(jù)通訊接口。 完成測量后伴有音響結(jié)果提示，并重復(fù)交替顯示流速、流向8次。能自動記憶在整點時間的測量結(jié)果，不需專人值班，減輕了勞動強度，使用方便。 該機具有多種顯示、記錄方式，可以給出當時直讀測量值或倒出記憶之數(shù)據(jù)，液晶顯示、打印記錄、通過RS 232接口通訊等三種方式獨立顯示、記錄。 該儀器采用低功耗單片機，整機低功耗運行，二號電池可連續(xù)工作200h。(二)主要技術(shù)指標和性能流速測量范圍：0.033.50m / s ;準確度：w±1.5 %;起動流速：0.03m / s。流向測量范圍：0360 °準確度：w± 4電纜長

6、度：100m,抗拉 100kg。記憶功能：24個整點時間的流速和流向。打印定時：3、15、30min，同時送打印及 RS- 232?？鞙y方式：循環(huán)15s顯示，30s打印，RS- 232,不設(shè)時鐘及記憶打印接口：標準Centronic ，可配每行 16字符。串行接口：RS- 232 ; 300bit , 7位字符，無奇偶校驗，1停止位。記錄：直接顯示數(shù)據(jù)，或配打印機后打印輸出。正 常記錄：當時時值、分值、流速值、流向值。倒出記錄： 先打出END再打出當時的年、月、日、時、分，然后分 行打出各整點時間、流速符V、流速值、流向值。電源：直流6V(4 X 1.5V)。(11)儀器使用環(huán)境溫度：-10+

7、45 C。(12)貯存溫度：-15+55 C(13)環(huán)境相對濕度:不大于95%。(14)尺寸和重量：水下機體積 590mnK 168mnK 174mm重量6kg。水上數(shù)據(jù)終端：240mmX 90mnX 54mm 1kg電纜與支架：390mnK 180mmK 10mm 6kg(三)儀器結(jié)構(gòu)及工作原理r ju11 «I丄儀器的水上主機，是以一個低功耗單元微型計算機為基礎(chǔ)而構(gòu)成的數(shù)據(jù)終端(6)。流向由電位計式羅盤指示(8)。機身(10)和尾翼(7)隨水流而走向，羅盤隨地磁而 走向，其電位器輸出正比于磁流向，此訊號經(jīng)V-F變換器變?yōu)檎{(diào)頻訊號，經(jīng)電纜(4)送到主機，通過計數(shù)和線性處理，即得流向

8、測值。流速由旋槳(1)感受，其轉(zhuǎn)速正比于流速，比例系數(shù)約為 2.5轉(zhuǎn)/米。轉(zhuǎn)速經(jīng)磁性耦合使流速 傳感器(11)內(nèi)的舌簧管通斷，變?yōu)榱魉倜}沖，經(jīng)電纜送到 主機，通過計數(shù)和線性處理，即得流速測值。主機上配有蜂鳴器，用于提示用戶進行讀數(shù)。在測速過程中，液晶顯示器左端符號“：”周期性出現(xiàn)和消失， 表示水上系統(tǒng)在正常工作。液晶顯示器在顯示不同的參數(shù)時具有以下特征：顯示流速時，數(shù)值后有符號“C”，數(shù)值前無前置 0。顯示流向時，數(shù)值后有符號“d”，數(shù)值有前置0。打印的數(shù)據(jù)中，依次為時間值，字符V及3位 數(shù)碼的流速，3位數(shù)碼的流向。送 RS-232的字符與打印的格式相同。插座的出線，如下圖所示。（四）操作程序

9、快速方式的使用儀器在開啟電源后或按RESET之后，液晶顯示器先顯示0030約2s，作為進入快速方式的提示。這時按一下 SET，儀器即進人快速方式。若未及時操作，只要再按一下 RESET又可再次得到上述提示。在快速方式中，沒有數(shù) 據(jù)記憶功能，不設(shè)定日歷時鐘。正常工作模式 開機、設(shè)定打印周期開機DUMP應(yīng)置于OFF位置，然后再打開電源。在開電源或按 RESET后，液晶顯示先顯示 0030 ;再循環(huán)顯示 3、15、30，這是供你選擇的在線打印記錄的周期。當顯示值符合你的要求時， 按一下SET打印周期即被設(shè)定。接著，顯示器顯示一次空白，提示此項設(shè)定已經(jīng)完成。 要設(shè)定日歷時鐘在打印周期設(shè)定完成后，出現(xiàn)詢

10、問性顯示1111，如你要求設(shè)定日歷時鐘， 請按一下SET;如果不要，請等2s， 儀器即進入正常測量。 日歷時鐘的設(shè)定若在儀器1111時按過SET,就必須進行這一步工作進入日歷時鐘設(shè)定后，首先依次顯示年(a)值，01、02、03、04等，當年值符合要求時，請按一下SET。以此類推依次再進行月(m)、日(d)、時(h)、分(min)的設(shè)定。注 意，0時請用前日24h。若配有打印機，在完成時鐘設(shè)定 后，打印機會打出近幾年設(shè)定的日歷時數(shù)據(jù)以及打印周 期。 正常工作儀器工作基本周期為3min流速的測量平均值。這時，顯示器為前次測量的流向值；同時“：”符號周期性閃動，表示正在進行流速測量。測量結(jié)束，蜂鳴器

11、提示用戶進行 讀數(shù)。液晶顯示器交替顯示流速值和流向值，重復(fù)8次。 記憶數(shù)據(jù)的倒出儀器具有自動記憶整點數(shù)據(jù)的功能，因而能在無人值班的條件下工作。如果不配打印機，只要在測量結(jié)束時， 把打印倒出開關(guān)(DUMP)置于開的位置(ON)；在一個測量顯 示周期完成后，儀器即依次顯示所記憶的數(shù)據(jù)序號、流速 值和流向值。如果配有打印機，則能自動打出停止測量的 時間，以及所記憶的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的時間。請注意，如果儀 器啟動后還沒有經(jīng)過一次整點時，也就是儀器還沒有記憶的數(shù)據(jù)，則上述操作無效。(五)注意事項儀器要小心輕放。使用過程中要注意保護電纜，勿受磨損和劃傷。儀器用畢，要用淡水清洗水下機。最好拆下旋槳， 洗凈軸尖和軸

12、承孔，再向軸承孔內(nèi)滴入少許機油，再安裝 還原，并薄薄擦一層機油或防銹脂。儀器存放時請取出電 池。水上主機在使用中要避免受潮或被濺上水滴。在船舷使用時，宜加透明塑料袋保護。插接和脫開電纜插頭時要細心，以免造成損傷；當 訊號不通時，請檢查電纜插頭內(nèi)是否脫焊。如脫焊可以按 原接線方法焊接。如果無流速信號，而流向信號正常，這是流速傳感器(11)中舌簧管偶而通斷不正常所致。 這時需把水下機中 的流速傳感器(11)用螺絲刀輕輕敲擊， 直到有流速信號出 來為止。水上主機的編號應(yīng)與水下機的編號一致，配套使 用，否則將會使誤差變大。已裝RS- 232是微功耗的，僅能驅(qū)動一些便攜式微 型計算機。若要送入 IBM

13、PC其他機型，則需做相應(yīng)的接 口改裝。三、安德拉 RCM7/8型轉(zhuǎn)子式海流計（一）概述該儀器使用磁耦合轉(zhuǎn)子和磁羅盤對海流參數(shù)實時有效測量。可測量參數(shù)有海水流速，流向，溫度，電導(dǎo)率（可選），儀器深度（可選）。該儀器可應(yīng)用于系留系統(tǒng)下海 流測量（見上圖）。RCM7/8型海流計通常的使用方法是錨系固定方式。即應(yīng)用水面浮標或水下浮標錨系固定。儀器可以被固定在一個錨系架上，并且可以方便安裝和拆卸，而不用拆解錨 系系統(tǒng)。下圖所示的是被稱為U型錨系結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)的回收是簡單的拉回船邊的浮球而將錨系系統(tǒng)拉回船上。儀器可以連續(xù)工作從1120分鐘內(nèi)有8個間隔。以60分鐘為記錄間隔時，可連續(xù)工作超過2年。儀器的工作深

14、度能力 1400、2000、3500及6000米。傳感器的標準 配置：流速、流向傳感器、溫傳感器，可選加的傳感器是： 電導(dǎo)率傳感器、深度傳感器。（二）技術(shù)特征通道1 : 1個特有固定常數(shù)值，用來檢測RCM的性能和識別儀器。通道2:溫度溫度傳感器：熱敏電阻式（Fenwall GB32JM 19 ）分辨率：選擇量程范圍的精確度：± 0.05C響應(yīng)時間:12 秒(63%)溫度可選擇的測量范圍：寬范圍：-0.64 -32.87 C低范圍：-2.70 -21.77 C咼范圍：+9.81 -36.66 C通道3:電導(dǎo)率（選項）電導(dǎo)率傳感器：RCM7 2994 , RCM8 3994傳感器類型：感

15、應(yīng)線圈可選量程范圍：074mS/cm, 2438mS/cm精確度：量程范圍的土0.2% , 02mS/cm精確度：量程范圍的土0.8%分辨率：量程范圍的0.1%通道4:壓力（選項）壓力傳感器： RCM7 3239orRCM8： 3249傳感器類型：硅電阻橋可測范圍：700 ,3500 ,7000KPa ,14 ,35and60MPa.35and60Mpa 為 RCM8獨有指標分辨率：量程范圍的0.1%精確度：量程范圍的土0.5%通道5:流向方向傳感器：霍爾效應(yīng)類型磁羅盤分辨率：0.35 °精確度：015 °傾斜時，方向精度為土5 ° ; 1535度傾斜時，方向精度

16、為土7.5 °通道6:流速流速傳感器類型：磁耦合轉(zhuǎn)子測量范圍：0295cm/s分辨率：實際速度的土1cm/s ± 4%0.3cm/s啟動速度：2cm/s通道數(shù)目 6個。外部觸發(fā)：正5V脈沖加到電路接線端，來觸發(fā)一個測量周期。記錄間隔記錄間隔記錄間隔記錄間隔：可選1 , 2, 5,10, 20, 30 , 60, 120分鐘，連續(xù)（4秒X通道數(shù)+2秒） 及遙控啟動記錄系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲裝置2990或2990E，數(shù)據(jù)儲存在 EEPROh里。存儲容量：DSU2990:9000個記錄（即7個參數(shù)，10分 鐘間隔采樣可記錄 2個月）。DSU2990E 31600個記錄（即7個參數(shù)，10分

17、鐘間隔 采樣可記錄8個月）。電池：7.2V , 1014Ah,滿足30835以10分鐘間隔工作214天。平均電流消耗：0.50 + （50/記錄間隔）mA。工作深度： RCM7 2000m； RCM8 6000m。尺寸：513mm高，128mm外徑。外裝尺寸： 木箱（mn） 190 X 250 X 600 , 140 X 520 X770。數(shù)據(jù)存儲裝置DSU2990E它們是安德拉數(shù)據(jù)收集儀器的標準數(shù)據(jù)存儲裝置。它們是結(jié)實、防水并有一個顯示所有數(shù)據(jù)已經(jīng)存儲的發(fā)光二極管。2990可以存儲 65000個10bit的數(shù)據(jù)字，而2990E可以存儲262000個數(shù)據(jù)字。內(nèi)置石英時鐘允許把第一次的測量時間記錄在DSU里，每個午夜后的第一次測量時間也被記錄。見下圖所示。I_I存儲數(shù)據(jù)的讀?。菏褂米x取裝置 DSU2995和合適的通訊程序可以把D