【摘要】：海水鹽度是海洋監(jiān)測中的重要參數(shù),對氣象預(yù)報、漁業(yè)等生產(chǎn)生活領(lǐng)域乃至軍事國防等重工業(yè)領(lǐng)域都有重要意義,對海水鹽度的檢測更是全面而深入地了解和運(yùn)用海洋環(huán)境的基礎(chǔ)�；谒{(lán)綠激光散射的非接觸式海水鹽度遙感探測技術(shù)能夠快速大面積測量海水鹽度,具有結(jié)構(gòu)完善,操作簡便,性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),越來越受到學(xué)者們的重視。為了進(jìn)一步發(fā)展完善的該鹽度檢測技術(shù),實現(xiàn)對海水鹽度測量系統(tǒng)的低成本、集成化,提出了基于拉曼散射的海水鹽度測量技術(shù)研究該項課題。本研究基于激光拉曼光譜技術(shù),建立激光拉曼散射海水鹽度遙感系統(tǒng),并展開了系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)、性能分析,之后通過大量室內(nèi)配置溶液以及取樣海水實驗驗證該系統(tǒng)的鹽度測量精度和穩(wěn)定性,為海水鹽度的現(xiàn)場實時遙測技術(shù)的發(fā)展提供研究支持。首先,通過實驗分析比較基于多種拉曼光譜特征海水鹽度數(shù)據(jù)處理方法。采用MATLAB軟件編寫對應(yīng)于不同方法的程序,之后使用該程序?qū)y得的30種不同濃度的NaCl溶液拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,最終比較各種拉曼光譜特征數(shù)據(jù)處理方法得到的實驗結(jié)果,并選擇測量較穩(wěn)定且精確度相對高的對數(shù)面積比法和拉曼差異比法作為后期拉曼散射測鹽系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法。其次,針對海水鹽度的實時遙測問題,使用532nm固體激光器、卡塞格林望遠(yuǎn)鏡、單色儀、像增強(qiáng)器、CCD等設(shè)計搭建基于532nm激光的拉曼散射海水鹽度測量系統(tǒng),該系統(tǒng)具有低成本、實用化的特點(diǎn)。并開發(fā)兩種分別基于對數(shù)面積比法或者基于拉曼差異比法的LabVIEW軟件操作系統(tǒng),來實現(xiàn)對海水鹽度的實時測量。該軟件系統(tǒng)還采用時空累加算法有效增強(qiáng)了拉曼光譜信號的分辨能力和信噪對比度。并分別對對數(shù)面積比法和拉曼差異比法這兩種拉曼散射海水鹽度測量系統(tǒng)的性能進(jìn)行了相應(yīng)的探究。最后,在實驗室分別測量了不同鹽度水的拉曼散射光譜,分別建立對數(shù)面積比和拉曼差異比這兩種光譜特征與海水鹽度的線性關(guān)系,并應(yīng)用得到的線性關(guān)系式對待測未知鹽度溶液進(jìn)行實時連續(xù)測量。并通過大量室內(nèi)配置溶液和海水取樣實驗進(jìn)一步確定該系統(tǒng)具有相對較高的鹽度測量精度且在長時間工作時具有一定的系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[Abstract]:Seawater salinity is an important parameter in ocean monitoring. It is of great significance to meteorological forecast, fishery and other fields of production and life, as well as military and national defense and other heavy industrial fields. The detection of seawater salinity is the basis of comprehensive and deep understanding and application of marine environment. Non-contact remote sensing technique of seawater salinity based on blue-green laser scattering has been paid more and more attention to because of its advantages of perfect structure, simple operation, stable performance and so on. In order to further develop and improve the salinity measurement technology and realize the low cost and integration of seawater salinity measurement system, this paper puts forward the research topic of sea water salinity measurement technology based on Raman scattering. Based on laser Raman spectroscopy, a laser Raman scattering seawater salinity remote sensing system was established, and the system was optimized and improved, and the performance of the system was analyzed. After that, the accuracy and stability of the system are verified by a large number of indoor solutions and sea water sampling experiments, which provide research support for the development of real-time telemetry technology of seawater salinity. Firstly, the data processing methods of seawater salinity based on various Raman spectra are analyzed and compared. The program corresponding to different methods is written by MATLAB software, and then the Raman spectrum data of 30 different concentrations of NaCl solution are processed by the program. Finally, the experimental results obtained by various Raman spectrum characteristic data processing methods are compared. The logarithmic area ratio method and the Raman differential ratio method, which are relatively stable and accurate, are selected as the data processing methods for the later Raman scattering salt measurement system. Secondly, aiming at the real-time telemetry of seawater salinity, the 532nm solid-state laser, Cassegrain telescope, Monochromator, image intensifier and CCD are used to design and build a Raman scattering seawater salinity measurement system based on 532nm laser, which has low cost. The characteristics of pragmatism. Two kinds of LabVIEW software operating systems based on logarithmic area ratio method or Raman differential ratio method are developed to realize the real-time measurement of seawater salinity. The software system also improves the resolution ability and the signal noise contrast of Raman spectrum signal by space-time accumulation algorithm. The performance of the two Raman scattering seawater salinity measurement systems, logarithmic area ratio method and Raman differential ratio method, are investigated respectively. Finally, the Raman scattering spectra of different salinity water were measured in laboratory, and the linear relationship between the logarithmic area ratio and Raman difference ratio was established. The linear relation is used to measure the unknown salinity solution in real time and continuous measurement. Through a large number of indoor solution and sea water sampling experiments, it is further confirmed that the system has relatively high salinity measurement accuracy and has a certain system stability during long working hours.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O657.37;P714.1

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本文編號：2293034