本發(fā)明涉及海水鹽度檢測技術(shù)，特別涉及一種海水鹽度在線檢測的方法及裝置。

背景技術(shù)：
海水鹽度是海水中含鹽量的一個(gè)標(biāo)度，鹽度是反映海水的物理過程和化學(xué)過程的基本參數(shù)。海水鹽度的實(shí)時(shí)在線檢測，在海洋環(huán)境保護(hù)、海洋科學(xué)、海洋工程和軍事國防等領(lǐng)域有重要意義。近年來，關(guān)于海水鹽度的檢測技術(shù)得到了的廣泛重視。中國發(fā)明專利“棱鏡模型多次折射的海水鹽度檢測裝置”(專利申請(qǐng)?zhí)枺?01010603445.0)，利用激光器輸出650nm波長的紅光，照射參考液體和被測液體，并經(jīng)棱鏡多次折射后，紅光被位置敏感器件PSD接收，根據(jù)PSD的位置變化信息計(jì)算出液體的鹽度值。由于PSD是光電器件，需要提供電源才能工作，屬于海水測量端(俗稱濕端)帶電的方法，不適合長時(shí)間的海上在線監(jiān)測。中國發(fā)明專利“高精度海水鹽度測量儀”(專利申請(qǐng)?zhí)枺?01210244182.8)，分別將被測海水和標(biāo)準(zhǔn)海水盛入兩個(gè)不同的恒溫槽中。通過正弦波發(fā)生器、高精確標(biāo)準(zhǔn)電阻及電壓變換器等部件測量出海水樣品和標(biāo)準(zhǔn)海水的電導(dǎo)率，根據(jù)海水樣品與標(biāo)準(zhǔn)海水的電導(dǎo)率之比，換算出海水的鹽度值。由于該方法需要將正弦波電壓加到恒溫槽中的電極之上，且恒溫槽本身要加電工作，也是海水測量端(濕端)帶電的方法。僅適用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測，不適用海上在線監(jiān)測。中國發(fā)明專利“海水鹽度的檢測裝置與方法”(專利申請(qǐng)?zhí)枺?01410425894.9)，其利用微納光纖的強(qiáng)倏逝場與海水相互作用，在微納光纖環(huán)形腔中產(chǎn)生諧振，以諧振波長按公式計(jì)算出海水的鹽度值。該專利技術(shù)的檢測原理先進(jìn)，有好的應(yīng)用前景。但需要用到光譜分析儀，以掃描方式獲得被測海水的光譜圖，讀出被測海水的諧振峰波長。因此，該專利技術(shù)實(shí)施成本高，設(shè)備體積較大。中國發(fā)明專利“利用布里淵頻移和線寬同步反演海水溫度和鹽度的方法”(專利申請(qǐng)?zhí)枺?01410386610.X)。其僅給出了在一定海水溫度和鹽度條件下，布里淵散射頻移和線寬的計(jì)算公式與反演方法，并未涉及海水溫度和鹽度測量方法與裝置設(shè)計(jì)。綜上所述，現(xiàn)有的海水鹽度檢測技術(shù)存在多種技術(shù)缺陷，尤其不適用長時(shí)間的海上在線監(jiān)測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中問題，本發(fā)明提供了一種海水鹽度的在線檢測方法及其裝置，用掃頻同步信號(hào)控制掃頻激光光源，使其所輸出調(diào)頻光波的波長是一個(gè)周期性的鋸齒波信號(hào)，將該調(diào)頻光波分成兩路，分別送至海水中的折射率探頭和溫度探頭；該折射率探頭為干涉儀結(jié)構(gòu)，其返回的干涉光強(qiáng)信號(hào)的頻率值與海水折射率相關(guān)，通過對(duì)該干涉光強(qiáng)信號(hào)做離散傅里葉變換，計(jì)算出海水折射率；該溫度探頭內(nèi)置光纖Bragg光柵，其反射譜Bragg波長與海水溫度相關(guān)，對(duì)上述掃頻同步信號(hào)和光纖Bragg光柵反射光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行同步的離散抽樣，按照光柵溫度傳感解調(diào)算法，計(jì)算出海水溫度值；根據(jù)所得的折射率、溫度值及調(diào)頻光波的平均波長，通過求解經(jīng)驗(yàn)方程，得到被測海水的鹽度值，從而實(shí)現(xiàn)海水鹽度的在線檢測。光纖Bragg光柵的英文：FiberBraggGrating，文獻(xiàn)中常將光纖Bragg光柵，簡稱為FBG。本發(fā)明的有益效果是：一、采用波長以周期性的鋸齒波變化的調(diào)頻光波，能有效避免相位衰落現(xiàn)象。該折射率檢測探頭為干涉儀結(jié)構(gòu)，干涉儀的傳感臂由被測海水樣本與反射鏡構(gòu)成，其參考臂由已知折射率的介質(zhì)與反射鏡構(gòu)成，且傳感臂與參考臂的長度相等，進(jìn)入折射率檢測探頭的調(diào)頻光波，在干涉儀的作用下，形成傳感光和參考光，二者因干涉效應(yīng)，產(chǎn)生干涉光，并由折射率檢測探頭返回。根據(jù)雙光束相干原理，該折射率檢測探頭返回的干涉光強(qiáng)度信號(hào)I(t)為：其中，t為時(shí)間變量，IS、IR分別為干涉儀的傳感光強(qiáng)和參考光強(qiáng)，IS≥0，IR≥0，Δφ為干涉儀的傳感光與參考光之間的相位差。因?yàn)閭鞲斜叟c參考臂的長度相等，故相位差Δφ為：其中，l為傳感臂和參考臂的長度，nS、nR分別為海水的待測折射率、參考臂介質(zhì)的已知折射率，λ(t)為激光光源輸出光波的波長。如果激光光源輸出固定波長的光波，即λ(t)＝λ0，λ0為常數(shù)，根據(jù)式(1)、(2)，則，折射率檢測探頭返回的干涉光強(qiáng)度信號(hào)I(t)為：其中，忽略IS、IR、nR隨時(shí)間的變化，則干涉光強(qiáng)度信號(hào)I(t)對(duì)時(shí)間的微分其中，為海水折射率對(duì)時(shí)間的微分。由(4)式可知，當(dāng)時(shí)，其中m為整數(shù)，有下式成立：以上意味著，當(dāng)激光光源輸出光波為固定波長λ0，且當(dāng)時(shí)，即使海水折射率nS的隨時(shí)間隨變化，即干涉光強(qiáng)度信號(hào)I(t)對(duì)時(shí)間的微分也為零，I(t)完全不隨海水折射率nS而變化。此時(shí)，折射率檢測探頭工作在最不靈敏的區(qū)域，出現(xiàn)所謂的相位衰落現(xiàn)象。因此，必須采用技術(shù)手段，才能避免相位衰落現(xiàn)象的影響，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)物理量的傳感。采用掃頻激光光源輸出調(diào)頻光波，波長λ(t)是一個(gè)掃頻周期為T的鋸齒波信號(hào)，具體形式如下：其中，t為時(shí)間變量，n為非負(fù)整數(shù)，λ0為波長λ(t)在每個(gè)掃頻周期T的起始或終止時(shí)刻，即t＝nT或t＝(n+1)T對(duì)應(yīng)的波長值，且λ0為掃頻過程中的最小波長，Δλ＞0，Δλ為波長的掃頻變化范圍，λ0+Δλ為λ(t)在每個(gè)掃頻周期的中間時(shí)刻，即對(duì)應(yīng)的波長值，且λ0+Δλ為掃頻過程中的最大波長。如果Δλ＜＜λ0，利用級(jí)數(shù)展開，忽略高階小量：將式(8)代入式(2)：將式(9)代入式(1)：如果忽略IS、IR在一個(gè)掃頻周期T內(nèi)的變化，將一個(gè)掃頻周期T內(nèi)的IS、IR視為常數(shù)，則以上干涉光強(qiáng)度信號(hào)I(t)為直流分量IDC與交流分量IAC(t)之和：、I(t)＝IDC+IAC(t)(11)其中，干涉光強(qiáng)度信號(hào)I(t)的直流分量IDC：IDC＝IS+IR(12)干涉光強(qiáng)度信號(hào)I(t)的交流分量IAC(t)為：上式的λ0、Δλ、l及nR為常數(shù)。海水折射率nS一般變化較慢，nS在一個(gè)掃頻周期T內(nèi)的也可視為常數(shù)，則一個(gè)掃頻周期T內(nèi)的交流分量IAC(t)為單頻信號(hào)，其頻率值ωs可見，一個(gè)掃頻周期T內(nèi)的交流分量IAC(t)為頻率值ωs與海水折射率nS相關(guān)。利用式(14)，對(duì)其變換，得到下式：進(jìn)而有：通過對(duì)干涉光強(qiáng)度信號(hào)I(t)做離散傅里葉變換，得到頻率值ωs，利用式(15)，可計(jì)算出海水折射率nS。因此，采用掃頻激光光源輸出調(diào)頻光波，可有效避免相位衰落現(xiàn)象的影響，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)海水折射率的檢測。另外，以周期性的鋸齒波變化的波長，是連續(xù)變化的，相對(duì)周期性的方波形式，其激光光源輸出變化更平滑，性能更穩(wěn)定。二、采用波長以周期性的鋸齒波變化的調(diào)頻光波，方便光纖Bragg光柵實(shí)現(xiàn)溫度傳感解調(diào)。本溫度探頭內(nèi)置光纖Bragg光柵，其反射光譜的Bragg波長與海水溫度值相關(guān)，對(duì)上述掃頻同步信號(hào)和光纖Bragg光柵反射光強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行同步的離散抽樣，得到當(dāng)前溫度狀態(tài)下的反射光譜，由該反射光譜中的最大值及所對(duì)應(yīng)的掃頻同步信號(hào)電壓值，得到相應(yīng)的Bragg波長，再根據(jù)光纖Bragg光柵溫度傳感器的特性參數(shù)，計(jì)算出當(dāng)前的海水溫度值。因此，采用波長以周期性的鋸齒波變化的調(diào)頻光波，方便光纖Bragg光柵實(shí)現(xiàn)溫度傳感解調(diào)。三、通過求解經(jīng)驗(yàn)方程，計(jì)算海水的鹽度值。根據(jù)所得的折射率、溫度值及調(diào)頻光波的平均波長，通過求解經(jīng)驗(yàn)方程，得到被測海水的鹽度值，從而實(shí)現(xiàn)海水鹽度的在線檢測。參考文獻(xiàn)：XiaohongQuanandEdwardS.Fry.Empiricalequationfortheindexofrefractionofseawater，APPLIEDOPTICS[J].1995.Vol.34,No.18:3477-3480。經(jīng)驗(yàn)方程具體形式如下：其中，各系數(shù)為：n0＝1.31405，n1＝1.779×10-4，n2＝-1.05×10-6，n3＝1.6×10-8，n4＝-2.02×10-6，n5＝15.868，n6＝0.01155，n7＝-0.00423，n8＝-4382，n9＝1.1455×106。以上經(jīng)驗(yàn)方程將海水的折射率視為海水鹽度值、溫度值及光波的平均波長的函數(shù)，參考文獻(xiàn)表明，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合度好，準(zhǔn)確度可靠。四、本發(fā)明屬于海水測量端(濕端)完全不帶電的方法。本發(fā)明的一種海水鹽度在線檢測裝置，其包括水上平臺(tái)、海水折射率檢測探頭和海水溫度檢測探頭。該水上平臺(tái)需供電工作，而放置在海水中的兩種檢測探頭，均由光學(xué)無源器件組成，無需供電。其與水上平臺(tái)沒有任何電氣連接，僅通過兩根光纖相連，屬于海水測量端(濕端)完全不帶電的方法。具有防漏電、防腐蝕、安裝簡單、維護(hù)方便的特點(diǎn)。更適合野外環(huán)境下的海水鹽度在線檢測。附圖說明圖1是本發(fā)明海水鹽度在線檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施方式1：一種海水鹽度在線檢測方法，包括以下步驟：步驟1：控制掃頻同步信號(hào)源，使其輸出的掃頻同步信號(hào)V(t)是掃頻周期為T的鋸齒波電壓信號(hào)，其具體形式如下：其中，t為時(shí)間變量，n為非負(fù)整數(shù)，n＝012,......，V0為V(t)在每個(gè)掃頻周期T的起始或終止時(shí)刻，即t＝nT或t＝(n+1)T對(duì)應(yīng)的電壓值，而VP為V(t)在每個(gè)掃頻周期的中間時(shí)刻，即對(duì)應(yīng)的電壓值，且V0≥0，V...