摘要：為了在海流測量中更好地使用海流計獲取真實的流速和流向信息，設計了一種新型的基于傾角法的海流測量儀。該測量儀采用Atmel公司開發的低功耗、高性能的CMOS型AT89S52單片機，通過串行口與上位機通信，利用VC++6．0友好的設計界面以及Matlab的繪圖功能，實現對原始采集數據大容量存儲、回放處理功能。海流測量儀操作簡單，運行穩定，有較好的應用前景。
關鍵詞：海洋調查；海流計；傾角法；VC++；Matlab

0 引言
21世紀是海洋的世紀，開發利用海洋資源是解決陸地資源逐漸匱乏的重要途徑，各國政治、經濟、科技也都離不開海洋。為了合理利用開發海洋資源，努力實現海洋資源的可持續利用，需要使用儀器設備對海洋進行調查、研究。其中，海流作為海洋水文三要素(海浪、海流、潮汐)之一，是海洋調查中不可或缺的參數，同時也是物理海洋學家們非常關注的海洋要素。掌握流場規律，可以更好地為國防、海運、漁業、港建等服務。
目前，海流的測量包括流速和流向兩個參數，海流的測量方法根據所采用的方式和手段分為兩類：漂流浮標測流法以及定點觀測法。其中海流計是最常用的測流儀器。海流計從原理上又可分為機械旋槳式海流計、電磁流速計、聲學多普勒海流計以及剖面海流儀等。國外海流計的研究起步較早，技術較成熟，1905年瑞典首先設計制造了厄克曼海流計；挪威生產的安德拉海流計，是目前全世界使用最廣泛的海流計，最大使用深度為6000m；另外，美國生產的S4型電磁海流計，流速準確度高達±1cm／s，流向準確度為±2°。國內海流計的研究起步相對較晚，20世紀50—70年代主要以機械海流計為主，90年代國家海洋局海洋技術研究所研制的SLLY4—1型深水流速計，最大工作水深4000m。
與國外產品相比，國內海流計價格相對低廉，但是穩定性、測量精度等方面不及國外，因此市場占有率較低。本文介紹的基于傾角法的海流測量儀可測流速為0～300 cm／s，準確度為(0．02±1)cm／s，流向為0～360°，準確度為±2°。它采用低功耗、高性能的CMOS型AT89 S52單片機，通過串行口與上位機通信，利用VC++6．0友好的設計界面以及Matlab的繪圖功能，對原始采集數據進行存儲、回放。該測量儀操作相對簡單，運行穩定，應用前景較為廣闊。

1 測量儀原理及設計
海流是海水大規模并且相對穩定的流動，是海水比較重要的普遍運動形式之一。海流的觀測包括流向和流速兩個參數。其中，流速是單位時間海水流動的距離，單位為m／s或cm／s；流向是以地理方位角表示的，是指海水流去的方向，單位為(°)；規定正北為0，順時針進行旋轉。
1．1 工作原理
本文設計的海流測量儀，是一種新型的基于傾角法的測流技術。外殼采用封閉式防水鋼結構，主要包括圓柱型儀器倉、導流雙翼、方型框架、重錘4部分。傾角法海流測量儀的外部結構圖如圖1所示。

理想狀態下，如果海水有運動，在導流雙翼的作用下，內含傳感器的圓柱型儀器倉繞著x軸旋轉；固定儀器倉的方型框架則會繞著x軸轉動；倘若流速是固定值，那么圓柱型儀器倉的傾斜方向最終會與流向保持一致；與此同時，由于受到海流的影響，在導流雙翼作用下，圓柱型儀器倉會產生不同程度的傾斜，其傾斜角與流速成一定比例關系，表達式如式(1)所示：

式中：V為通過海流測量儀的流速；θt為傾斜角；θ0為無流時的傾斜角；θD為舉、拉中心和測量儀軸之間的夾角；θf為翼弦線和測量儀軸之間的夾角；τ90為無流時使測量儀傾斜90°所需要的扭矩；A為測量儀的區域(投影到平行測量儀軸的平面上)；LD為從轉軸到拉力作用中心的距離；CD為拉力系數；CL為升力系數；ρ為海水密度。在實際應用中，不但海流會對測量儀產生作用力，還會有多種因素參與其中，因此設計測量儀的結構時，應充分考慮各個因素的影響，力求將影響減至最低。