Прецизионный лазерный волнограф: результаты натурных измерений

Описан сканирующий лазерный волнограф, позволяющий проводить прямые дистанционные измерения «мгновенного» профиля морской поверхности с точностью 0.5 мм по высоте и пространственным разрешением 1 мм [1,2]. При сканировании луча по морской поверхности происходит рассеяние лазерного излучения, начиная от границы раздела вода - воздух. Регистрация рассеянного излучения проводится на видеокамеру. Синхронизация лазерной развертки с началом записи изображения на матрицу видеокамеры позволяет получать «мгновенные» профили морской поверхности с привязкой по времени 0,1 мс. Метод прошел полные натурные испытания на морском пирсе в 2020 году и морской платформе в 2021 году. Измерения профиля поверхности могут проводиться на пространственных масштабах от единиц миллиметров до единиц метров при времени экспозиции каждой точки профиля 0,1 мс. Это обеспечивает четкую регистрацию границы поверхности с частотой обновления 30-60 Гц, что позволяет с высокой точностью и высоким разрешением регистрировать волны всех масштабов, включая капиллярные. Достоинством метода является прямой характер измерения аппликат и всех характеристик волнения не только во времени, но и в пространстве. Это позволяет получать большие ряды (21000) «мгновенных» профилей волнения для каждой 6 минутной реализации. Приведены результаты натурных измерений параметров морского волнения: мгновенные профили, спектры амплитуд, одномерные и двумерные распределения уклонов при различных пространственных масштабах усреднения.
Метод полностью дистанционен, не искажает свойства поверхности, не подвержен влиянию ветра, волн и морского течения, позволяет измерять долю пены на поверхности. Экспериментально в натурных условиях доказана возможность применения предложенного метода в любое время суток и в широком диапазоне погодных условий.