海-气界面通量是研究海气交互作用等大尺度动力学过程的重要参量,它是海洋生物、海洋化学、物理海洋学研究中的重要内容。在海-气界面通量交换过程中,破碎波卷入的气泡羽流的运动过程又占有十分重要的地位。为了全面观测气泡羽流信息,本课题自主设计研制了光纤探针传感器观测系统并提出了相应的气泡特征参数提取分析算法,初步完成了基于单针光纤探针法采集气泡羽流信息的工作。首先,为了使光纤探针的探头更适用于海洋探测的环境,依据回光功率与照度峰值两项技术指标,采用Zemax光学仿真软件对探头的结构进行优化仿真设计,得出了探头的最优结构为35°角圆锥形蓝宝石光纤探头。其次比较分析了单纤、双纤两类传输方式的优缺点,并根据实验的性能指标要求与操作的可行性最终确定了单针双纤传输结构。其次,调研采用研磨法制备工艺制作了蓝宝石光纤探针,制备流程主要分为研磨抛光与固化两部分。继续使用Zemax光学仿真软件对实际研磨出的斜面型35°角的光纤探针进行了传输效率的仿真测试,主要得到以下结论:(1)波长处于940nm波段时的传光效率最高。(2)探头安置方式为“面对面”时的传光效率最高。然后,设计了基于C8051f020单片机和OPT101的气泡信号检测系统,搭建了光纤探针传感器探测气泡羽流的观测系统并用实际观测试验验证了探针法的可行性。最后,开展了气泡羽流的计数试验,结论是随着鼓气速率的减小,计数的准确性越来越高,且上升沿触发计数效果好于电平触发计数。分别采用图像法与探针法进行气泡羽流粒径观测试验并提出两者的气泡特征参数提取分析算法,图像法在对原始图像进行阈值化去背景、滤波去噪、形态学处理等操作后通过边缘检测提取气泡的边界信息,探针法对原始信号波形进行预处理后采用曲线拟合得到气泡波形特征点信息,进而得到气泡等价粒径并与图像法进行比对,然后得到了相应的校准公式。