新型水下光纤图象传感器的研制

新型水下光纤图象传感器是一种新型水下观察系统。本文阐明了新型水下光纤图象传感器的设计原理，技术性能及实验结果。本仪器用途广泛，技术性能先进。如视距远超于日本ＦＵＴ－７型水下电视，分辨率高，视角大。     

海洋水下近距离无线通信技术研究进展

海洋水下近距离无线通信是建设海洋观测系统的关键技术,在海洋环境调查、海洋观测、海洋资源开发工程等诸多方面都有着重要的应用。近年来,基于电磁或光信号的近距离水下无线通信技术及设备因有着低成本、低功耗、稳定可靠、操作灵活方便等优点,受到了极大的关注和发展。从水下电磁波通信及水下光通信两个方面系统地论述了水下近距离无线通信技术应用的研究进展,总结了两种水下通信技术的优缺点。最后,结合当前水下近距离无线通信技术所面临的问题与挑战,对未来的发展方向进行了分析与展望。     

混合驱动水下滑翔机用可折叠螺旋桨的设计

混合驱动水下滑翔机仅使用浮力驱动时,螺旋桨桨叶会产生一定的阻力.针对这一问题,设计了一种新型可折叠螺旋桨,用于减小螺旋桨不工作时混合驱动水下滑翔机螺旋桨桨叶产生的阻力.对这一新型可折叠螺旋桨进行了数学建模与水动力分析,验证了这一新型可折叠螺旋桨用于混合驱动水下滑翔机时的性能可靠性.     

混合驱动水下滑翔机用可折叠螺旋桨的设计

混合驱动水下滑翔机仅使用浮力驱动时,螺旋桨桨叶会产生一定的阻力.针对这一问题,设计了一种新型可折叠螺旋桨,用于减小螺旋桨不工作时混合驱动水下滑翔机螺旋桨桨叶产生的阻力.对这一新型可折叠螺旋桨进行了数学建模与水动力分析,验证了这一新型可折叠螺旋桨用于混合驱动水下滑翔机时的性能可靠性.     

水下高光谱辐照度和辐亮度剖面测量仪

本文主要介绍了Profiler Ⅱ水下辐照度和辐亮度剖面测量仪的功能、技术指标、使用方法和几个重要参数的反演算法.根据该仪器测量获得的下行辐照度和上行辐亮度,我们可以计算海水的漫衰减系数、遥感反射率、离水辐亮度等多种海洋光学参数.利用该仪器作者于2005年6月在渤海海域进行光谱调查,取得了良好的测量结果.该仪器的使用对于海洋光学调查特别是水下调查具有极其重要的意义.     

水下湿插拔接触式光纤耦合设计与性能分析

水下连接器是水下观测网的关键零部件，采用油液密封方式实现低损耗连接，但该方式会导致光连接结构复杂、工程研制难度大。为解决此问题，对比陆基光纤网络的连接方式，提出接触式光纤连接器水下原位湿插拔的方案。基于水体吸收特性、朗伯-比尔定律以及液体的表面张力等理论进行原理分析，在光纤端面形成厚度在5μm以内的水膜且该厚度水膜对1 310,1 550 nm波段的吸收损耗可忽略不计；然后，以1 550 nm波段为例，对光纤在空气、水、硅油的耦合损耗情况进行实验分析，并利用设计的光插针结构进行性能验证。实验数据显示，光纤水下原位湿插拔的平均损耗为0.17dB，光插针的原位湿插拔平均损耗为0.23 dB。由此表明，接触式光纤耦合设计能够满足水下湿插拔的低损耗连接要求。本文为水下光纤湿插拔连接器领域提供了新思路，提出在确保水体清洁的情况下可直接进行水下原位湿插拔的设计方案，有望打破国外以油液密封方式建立的技术垄断。     

模块化微小型水下航行器的布局研究

提出一种用于浅水水域工作的微小型水下航行器模块化布局方法,将耐压主舱、动力推进系统、传感器系统、视觉系统以及浮力系统等分别设计成独立模块.通过将各种模块按一定要求进行布局,可快速构造适用于不同场合、不同需求的微小型水下航行器,并给出一个3D虚拟仿真实例.     

水下剖面测量中离水辐亮度的提取

在水下光谱剖面测量过程中,仪器刚刚进入到水体表层时,有一定程度的倾斜和漂移,造成测得的上层水体中的数据无效,对提取离水辐亮度(LW(0+))有一定的影响.主要分析了水下剖面光谱仪的离水辐亮度(LW(0+))的计算方法,采用光谱随深度分布的非线形回归.与S84算法相比,除了在绿光部分均方根误差较大外,更为方便.     

水下照明与摄像系统设计

介绍了用于水下工程的水下照明与摄像系统的组成及工作原理,并对其中的关键设备和结构进行了论述。该系统能够不间断地观察水下物体的运动和动作,获得高清晰的视频图像,在水下工程中具有广阔的应用前景。     

基于关节限位的自治水下机器人机械手系统运动规划研究

对自治水下机器人搭载的四功能水下电动机械手进行了简要描述.考虑到自治水下机器人机械手系统的运动学冗余,将关节限位算法用于系统逆运动学求解,避免载体大幅度姿态变化.利用Matlab仿真表明该算法在解决系统冗余的同时有效的限制了关节位移.     

复合驱动式水下机器人结构及水动力系数计算

针对水下观测和海底移动检测作业需求,提出一种复合驱动水下机器人.为实现水中游动与海底爬行,采用螺旋桨与履带移动底盘的复合驱动形式.通过对水下机器人进行数学建模,基于ICEM和Fluent水动力分析软件,模拟复合驱动式水下机器人水平直航、水平斜航、垂直斜航、加速直航运动实验,并采用最小二乘法对仿真数据进行拟合处理,获得相...     

自主水下航行器控制系统的设计及实现

在海洋观测、海底资源开发以及水下勘察等水下作业中,自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)已经成为不可或缺的装备.航位推算是AUV在水下自主航行的关键技术.因此,介绍AUV的结构组成、硬件控制系统以及软件控制系统等,重点介绍了一种AUV自主导航的航位推算算法以及最后的湖试实验...     

非本征法珀型超声传感器输出信号特征的研究

设计了一种由石英膜与尾纤端面组成的非本征型光纤法珀超声传感器,用于水下超声测量,讨论了其频率响应和灵敏度的影响因素;由于法珀传感器的工作点状态影响系统输出信号,本文分析了不同条件下该传感器的输出信号特征,为信号解调提供依据。与其他传感器相比,该传感器不受光源功率波动的影响,响应频率高,是水下超声检测的很好选择。     

水下双目视觉系统的设计与密封技术研究

为在核电站乏燃料池中工作的水下焊接机器人设计一套双目视觉系统,介绍该系统的组成及各组成部分之间如何连接并协同完成双目视觉的图像采集工作。根据实际工作需求,设计适合水下工作环境的水下摄像机和水下光源,介绍摄像机和光源的选型、结构和密封方法。设计用于安装固定摄像机和光源的水下云台的结构与动密封,云台可以进行左右摇摆和上下俯仰运动。实际应用证明这套系统工作稳定、操作方便、反应迅速,可以获得清晰的水下实时图像。     

一种用于安保的水下机器人设计

从载体结构、软件及硬件方面对一种用于安保的水下机器人作了介绍。并提出了该水下机器人的设计难点及相应的解决措施。试验结果表明该机器人能较好地满足使用要求,对于同类产品的设计具有一定的借鉴价值和推广意义。     

小型球形水底观测机器人设计分析与实现

面向水底信息获取和环境观测需求,基于球状壳体抵抗水压能力强,转动水阻力小,便于姿态控制特点,提出球形水底观测机器人构型,由螺旋桨推进、姿态调节和复合滚动装置组成欠驱动六自由度水下移动平台,球壳作为密闭舱保护内部电子器件,结合重摆以滚动形式实现水底滚动。通过对机器人流体力学仿真计算出水动力系数并建立水下动力学方程,进一步对机器人的螺旋桨推进、飞轮转向和球壳滚动进行分析,得出球壳优化尺寸以及飞轮匹配惯量和球壳滚动特性。基于球形机器人水下移动平台和地面监控软件的水底观测系统架构,研制出球形水底观测机器人原理样机,结合机器人的构型和运动特点制定出降落、滚动和调姿三段式水底运动观测策略,水池试验表明设计的球形水底观测机器人水中推进速度可达到1.4m/s,水底移动速度可达到0.5m/s,姿态调节速度可达到30°/s,能够实现水底图像采集,辅助岸上科研人员执行水底观测任务。     

基于小脑模型关节控制器的水下机械手复合运动控制的研究及仿真

水下机械手系统是一个高度非线性强耦合的作业系统,作业环境非常复杂且受到强干扰.考虑水动力对水下机械手的作用,推导了水下机械手的动力学模型;提出了一种基于小脑模型关节控制器与PID的复合控制算法,使水下机械手具有在线学习能力,能适应复杂的水下作业环境.以二关节水下机械手为例,利用MATLAB/Simulink对水下机械手的作业控制进行了仿真研究,结果证明,该控制方法和动力学模型可以有效地用于水下机械手的控制研究.     

一种基于局部复杂度的水下图像增强方法

因水下信道的特殊性及成像的复杂性,水下图像多呈现出对比度低、边缘模糊等缺陷.提出一种基于局部复杂度的图像增强算法并用于水下图像的增强,不仅锐化了目标边缘,还提高了图像整体对比度.由于局部复杂度对噪声不敏感,所以本算法还具有较好的抗噪性,实验结果表明,可以有效地增强水下图像.     

一种光纤光栅传感实验仪的可靠性分析

光纤光栅作为一种传感单元可以测试应变、温度和压力等物理量.近年来,可用于光纤光栅信号解调的技术和仪器相继出现,并在不同的场合得到了很好的应用.但由于制造、安装和操作等原因,这些仪器的可靠性问题也开始引起不同程度的关注.仪器的可靠性分析是其设计过程中不可缺少的重要环节之一.以一种基于匹配解调技术的准分布式光纤光栅解调仪为例,介绍了该仪器的基本组成和原理;采用故障树法从机械和光电器件的可能出现的如光纤光栅脆断、螺钉松动和脱焊等故障和失效形式出发,根据光路配置、电路以及机械结构分析了可能的故障模式,计算了可靠性.结论有利于对这类仪器的故障诊断和维护.     

基于微分干涉原理的全光纤水下侦听技术

针对水下安防这个特殊领域,介绍了一种基于微分干涉原理的全光纤水下声音传感系统。系统光路采用改进的Sagnac结构,利用宽光谱光源,实现了以相位压缩原理为基础的微分干涉,相较传统干涉结构,本系统基于干涉光束共光路的特性,只响应振动等动态变化的物理量,自动屏蔽温度起伏等静态、准静态干扰因素,使其在保持传统光学干涉类传感器高灵敏性的同时,又克服了传统干涉类传感器不稳定的缺点。该系统的水下部分仅由光纤及其无源器件组成,适应水下长期工作环境。实验验证了该方法可行、有效。