浮标式气泡传感器关键技术研究（Ⅰ）：全景气泡成像子传感器原型设计与大范围采样突破

本文系统阐述了浮标式原位气泡观测传感器(BBS)的创新设计，重点解析全景气泡成像子传感器与光纤阵列子传感器的光学结构、机械封装等关键技术。通过3D打印原型与仿真实验验证，该传感器单次采样可覆盖半径30cm圆形水域，显著提升气泡群体观测效率，为海气界面层精细化观测提供新方案。

　　

Highlight

传感器成型与测试

全景气泡成像子传感器原型设计的初步预期目标是能够测量海面大范围气泡群，覆盖区域不小于半径10cm的圆形范围，可检测直径1cm的气泡。由于传感器分辨率与探测距离相互制约，且反射镜关键参数、成像单元尺寸及结构长度需协同优化，本研究通过3D打印技术制作原型并进行仿真测试，验证其在30cm半径区域内对厘米级目标的探测能力。

仪器性能

本文介绍了一种集成逆反射全景成像系统与光纤探头阵列的浮标式气泡传感器(BBS)，专为单次大范围采样海洋表层气泡而设计。该类传感器的选择基于图像法是目前测量海洋表层气泡的主要技术，也是单次测量中能提供最高分辨率观测样本的方法。在完成全景气泡成像子传感器与光纤阵列子传感器的集成后，我们通过模拟实验评估其探测性能，结果表明该子系统具备扩展单次采样水域覆盖面积的初步能力。

结论

本文针对单次采样更大面积的需求，提出了BBS的关键技术分析及对应的全景气泡成像子传感器设计与仿真测试。该设计可视为对Stokes和Deane构建的BubbleCam^[17]以及Leifer团队开发的相机系统^[18]在采样面积参数上的增强尝试。我们聚焦单次采样面积，旨在通过创新光学设计一次性扩大观测范围，为后续与光纤阵列子传感器联合测试提升覆盖区域内探测分辨率奠定基础（详见姊妹篇论文）。