CN101706416B - 用于离水辐射测量的便携式多角度定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于测量不同角度离水辐射的手持装置，包括：横杆，设置在横杆端部的光纤固定装置，设置在光纤固定装置后与横杆连接的角度测量装置；所述角度测量装置包括测量平行于横杆的与水平面相垂直的平面内角度的第一角度测量装置，测量垂直于横杆的与水平面相垂直的平面内角度的第二角度测量装置，测量水平面内角度的第三角度测量装置；以上各部件所处的平面为当横杆水平放置时的各部件所处的平面。使用该手持装置，可以在测量离水辐射时，将光谱仪的探头固定在手持装置上，通过能够在三个相互垂直的平面内测量角度的角度测量装置，可以实现探头在三维空间的立体定位，且定位精确，使得离水辐射的测量更加快速、准确。

Description

用于离水辐射测量的便携式多角度定位装置

技术领域

本发明涉及离水辐射测量领域，具体涉及用于离水辐射测量的便携式多角度定位装置。

背景技术

离水辐射是指辐射能量进入水体后与水体发生吸收、散射、透射作用后，最后离开水面的辐射能量。离水辐射因为包含了水体的信息，而成为水质遥感研究的一个重要物理量。

一般使用便携式光谱仪在水面上现场测量离水辐射，为了更好地避免太阳耀斑，该测量方法要求观测方位角是135度，观测天顶角40度。进行测量时，需要手持一根杆子，在一头绑上光谱仪探头，为符合规范要求的观测几何，用目视估计定位光谱仪探头，这种目视估计定位法的精度很差。此外，由于水体离水辐射具有二向性，因此不同角度离水辐射存在很大差异，对于多个角度离水辐射的测量，传统的目视估计定位的简易测量更无法得以采用。目前还没有在测量离水辐射时用来精确定位不同角度的装置。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种用于测量不同角度离水辐射的手持装置，能够高精度、快速地将光谱仪的探头定位，使测量结果更准确。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种用于测量不同角度离水辐射的手持装置，包括：

横杆，设置在横杆端部的光纤固定装置，设置在光纤固定装置后与横杆连接的角度测量装置；

所述角度测量装置包括测量平行于横杆的与水平面相垂直的平面内角度的第一角度测量装置，测量垂直于横杆的与水平面相垂直的平面内角度的第二角度测量装置，测量水平面内角度的第三角度测量装置；

以上各部件所处的平面为当横杆水平放置时的各部件所处的平面。

作为优选，所述第一角度测量装置包括与水平面相垂直且与横杆平行连接的表盘，悬挂于表盘中心的铅垂，所述表盘上以表盘中心为圆心划分了360度等间隔刻度线；所述表盘所处平面为当横杆水平放置时表盘所处的平面。

作为优选，所述第二角度测量装置包括与水平面相垂直且被横杆由中心垂直穿过的表盘，悬挂于表盘中心的铅垂，所述表盘上以表盘中心为圆心划分了360度等间隔刻度线；所述表盘所处平面为当横杆水平放置时表盘所处的平面。

作为优选，所述第三角度测量装置包括水平与横杆相连的表盘，垂直穿过表盘中心的竖棍和与表盘同心连接的指南针，所述表盘上以表盘中心为圆心划分了360度的等间隔刻度线；所述表盘所处平面为当横杆水平放置时表盘所处的平面。

作为优选，所述光纤固定装置包括中空管，所述中空管垂直于横杆并平行于第一角度测量装置的表盘，所述中空管的一端设置光纤固定部件。

作为优选，还包括连接横杆与光纤固定装置的角度微调装置，所述角度微调装置包括与所述中空管在同一平面内并与所述光纤固定装置相连接的活动板和固定在横杆上的固定板，活动板一端与固定板可旋转连接，活动板另一端设置以旋转连接点为圆心的弧形导向装置，固定板上相应位置处设置与弧形导向装置相配合的导向块，还设置将活动板位置固定的固定部件。

作为优选，以横杆水平放置时固定板上的水平线为0度，所述活动板沿弧形导向装置转动的角度为顺时针或逆时针0度～20度。

作为优选，所述横杆由至少两段连接而成，所述每两段之间设置连接部件。

作为优选，所述连接部件为中空短管，内部车有螺纹，连接的两段横杆端头分别车有与中空短管相配套的螺纹。

作为优选，所述横杆的螺纹上，所述中空短管的两端还旋有至少一个定位中空短管。使用本发明提供的用于测量不同角度离水辐射的手持装置，可以在测量离水辐射时，将光谱仪的探头固定在手持装置上，手持装置上安装有能够在三个相互垂直的平面内测量角度的角度测量装置，可以实现探头在三维空间的立体定位，且定位精确，使得离水辐射的测量更加快速、准确。

在一种优选的实施方式中，本发明还在手持装置上设置了角度微调装置，能够保持探头与水平面相垂直保证定位的精确性。

在又一种优选的实施方式中，本发明中的横杆由至少两段组成，在测量现场可以根据实际情况将横杆加长，且在两段横杆的连接处中空短管的两端还设置了至少一个定位中空短管，中空短管可以调整两段横杆的相对旋转位置，通过旋转定位中空短管固定两段横杆的位置，使得探头能够保持平行于第一角度测量装置的表盘。

附图说明

图1为本发明一种具体实施方式所提供的用于测量不同角度离水辐射的手持装置的示意图；

图2为图1中第一角度测量装置的结构示意图；

图3为图1中第二角度测量装置的结构示意图；

图4为图1中第三角度测量装置的结构示意图；

图5为图1中适用于GER光谱仪的光纤固定装置的结构示意图；

图6为图1中角度微调装置的结构示意图；

图7为图1中两段横杆组装前的结构示意图；

图8为图7中两段横杆组装后的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供的用于测量不同角度离水辐射的手持装置的示意图。该手持装置包括一根横杆1；设置在横杆1端部的光纤固定装置3，将便携式光谱仪带有探头的光纤固定在其上；设置在光纤固定装置3后与横杆1连接的角度测量装置，角度测量装置能够在X、Y、Z三维空间内的进行角度测量，包括测量平行于横杆1的与水平面相垂直的平面内角度的第一角度测量装置21，测量垂直于横杆1的与水平面相垂直的平面内角度的第二角度测量装置22，测量水平面内角度的第三角度测量装置23。在与光纤固定装置3相对的一端可设置手柄11，方便抓握，也可使用三脚架支撑在手柄11处，使得测量时更加平稳。三个角度测量装置在横杆1上的安装位置离光纤固定装置3的远近和次序都不固定，只要符合上述的空间关系即可。作为优选，设置角度微调装置4连接横杆1与光纤固定装置3。以上各部件所处的平面为当横杆1水平放置时的各部件所处的平面。所有零件可以为各种材料，优选使用轻质中空不易变形的材料。作为优选，横杆1设计成至少两段并由连接装置5衔接在一起，能够自由拆卸，在测量现场可以根据实际情况将横杆1加长。

请参考图2，图2为图1中第一角度测量装置的结构示意图。第一角度测量装置21包括与水平相垂直与横杆平行连接的表盘211，悬挂于表盘中心的铅垂213，优选可以设置与表盘211同心的轴承212，将铅垂213悬挂于轴承212上。可将表盘211焊接在横杆1上，也可以用其它方式将表盘211固定，表盘211可以为各种材质，如铁盘，也可以有各种形状，如方形或圆形，在表盘211上以表盘211的中心为圆心划分了360度等间隔刻度线，0度线可以为横杆1水平放置时铅垂213所指的刻度线，当然也可以位于其它的位置。当横杆1在该表盘211所在平面内旋转时，由于悬挂在轴承212上的铅垂213始终垂直指向地面，铅垂213的悬挂线所指的刻度会与当横杆1水平放置时悬挂线所指向的刻度产生夹角，该夹角的读数即为横杆1在第一角度测量装置21的表盘211所在平面内旋转的角度。上述表盘211所处平面为当横杆1水平放置时表盘211所处的平面。

请参考图3，图3为图1中第二角度测量装置的结构示意图。第二角度测量装置22和第一角度测量装置21的具体构造可以是一样的，只是安装方位不一样。第二角度测量装置22包括与水平面垂直且被横杆1由中心垂直穿过的表盘221，悬挂于表盘221中心的铅垂223，优选可以设置与表盘221同心的轴承222，将铅垂223悬挂于轴承222上。同样，可将表盘221焊接在横杆1上，也可以用其它方式将表盘221固定，表盘221可以为各种形状，在表盘221上以表盘221的中心为圆心划分了360度等间隔刻度线，0度线可以为横杆1水平放置时铅垂223所指的刻度线，也可以位于其它的位置。当横杆1在该表盘221所在平面内旋转时，由于悬挂在轴承222上的铅垂223始终垂直指向地面，铅垂223的悬挂线所指的刻度会与当横杆1旋转前所指向的刻度产生夹角，该夹角的读数即为横杆1在第二角度测量装置22的表盘221所在平面内旋转的角度。上述表盘221所处平面为当横杆1水平放置时表盘221所处的平面。

请参考图4，图4为图1中第三角度测量装置的结构示意图。第三角度测量装置23包括水平与横杆1相连的表盘231，垂直穿过表盘231中心的竖棍233和与表盘231同心连接的指南针232。该表盘231既垂直于第一角度测量装置21的表盘211，也垂直于第二角度测量装置22的表盘221，并在表盘231上以表盘231的中心为圆心划分了360度等间隔刻度线，0度线可以为表盘231上与横杆1平行的轴线所指的刻度，也可以位于其它位置。通过指南针232能够读取当前的地理方位，当有阳光时，垂直穿过表盘231的竖棍233会在表盘231上背对阳光处留下影子，因此可以通过影子的位置指示出太阳光入射的方位，与横杆1平行的轴线方向与影子方向的夹角即可读取当前横杆和太阳的相对方位角，与横杆1平行的轴线方向与正南方向的夹角即可读取当前横杆和地理方向的相对方位角。当横杆1在水平面内旋转时，竖棍233的影子会随着旋转，旋转的角度即为横杆在水平面内旋转的角度。上述表盘231所处平面为当横杆1水平放置时表盘231所处的平面。

这样通过三个角度测量装置，可以测量出横杆1在三个相互垂直的平面内旋转的角度，当将光纤固定在横杆1的端部时，便可实现探头在三维空间的立体定位，且定位精确。

请参考图5，图5为图1中适用于GER光谱仪的光纤固定装置的结构示意图。光纤固定装置3包括一根中空管31，优选内径为9mm，中空管垂直于横杆1并平行于第一角度测量装置21的表盘211或第三角度测量装置23的表盘231，这样插放入中空管31的光纤也会垂直于横杆1并平行于第一角度测量装置21的表盘211或第三角度测量装置23的表盘231，在实际的角度测量中，这样放置光纤使得角度测量精确且快捷。

中空管31的一端设置光纤固定部件，具体可以钻孔后设置一顶丝311，当光纤从中空管31中穿过时，将顶丝311旋紧即可固定光纤。还可使中空管31与一连接板32连接，连接板32的另一侧通过螺纹口321与横杆1连接，作为优选，设置角度微调装置4连接横杆1与该光纤固定装置，以精确调节光纤固定装置3的角度使得光纤与横杆1垂直。

另外ASD光谱仪出厂自带的光纤固定装置也可以安装在本发明中的横杆上。

同样作为优选，设置角度微调装置3连接横杆1与该光纤固定装置，精确调节使光纤与横杆1垂直。作为优选，这两种光纤固定装置都可以通过设置与三脚架、相机的螺纹相匹配的通用螺纹口，与各种标准口的设备衔接。

请参考图6，图6为图1中角度微调装置的结构示意图。角度微调装置4包括与光纤固定装置3的中空管在同一平面内并与光纤固定装置3相连接的活动板42和固定在横杆1上的固定板41，活动板42可以为各种形状，如图5中所示的梨形。活动板42的一端优选为在梨形的小端头处与固定板41可旋转连接，如可以将活动板42在厚度上挖空，将固定板41由活动板42的一端插入活动板42的中空部位内，然后在活动板42梨形的小端头处使用螺丝412将固定板41和活动板42连接在一起，活动板42可以以螺丝412为圆心摆动，或者将活动板42叠放在固定板41的下面，在活动板42梨形的小端头处使用螺丝412将固定板41和活动板42连接在一起，活动板42可以在固定板41上旋转。在活动板42的另一端即梨形的大端头处设置以螺丝412为圆心的弧形导向装置，如做成一弧形凹槽421，固定板41上相应位置处设置能镶嵌入该弧形凹槽421的导向块，导向块可以为一螺丝413，转动活动板42时，导向块413沿着弧形凹槽421滑动。作为优选，以横杆1水平放置时固定板41上的水平线为0度，活动板42可以顺时针或逆时针旋转0度～20度。活动板42位于梨形大端头的一端处通过螺纹柱411与光纤固定装置3固定连接，当然在小端头的一端与光纤固定装置连接也是可以的，可以灵活设置，只要使得活动板42在旋转时能够带动光纤固定装置3一起旋转并调节使光纤垂直于横杆1即可。在经过微调，光纤处于与横杆1垂直的位置时，通过固定部件将活动板42的位置固定，使活动板42不再旋转，固定部件可以为由两侧穿过活动板42后能够顶在固定板41上的顶丝422，拧紧顶丝422，再将一螺母414由活动板42背后套在螺丝413上拧紧，即可使活动板42固定在固定板41上。

请参考图7，图7为图1中两段横杆组装前的结构示意图。作为优选，手持装置的横杆1设计成由至少两段连接而成，这样在测量现场可以根据实际情况将横杆1加长。横杆1的每两段之间设置连接装置，可以自由拆卸。作为优选，在要连接的横杆12和横杆13的端部分别车出一段螺纹，另有中空短管51内部车有与横杆12和横杆13上的螺纹向配套的螺纹，中空短管51可以将两段横杆旋转衔接在一起。如果光纤固定装置3和三个角度测量装置分别位于两段横杆上，为了确保两段横杆连接后光纤能够保持垂直于横杆1并平行于第一角度测量装置21的表盘211，需要在中空短管51的两端设置至少一个定位中空短管，中空短管的功能是：能够保证延长横杆后，角度微调装置仍然平行于第一角度测量装置的表盘，如果完全不考虑延长横杆，那么可以不需要设置中空短管，采用直接焊接就可以了。

本发明设置了两个定位中空短管，具体为在横杆12螺纹上旋转第一定位中空短管52，直至和中空短管51相遇。在横杆13螺纹上旋转第二定位中空短管53，直至在行进方向处和中空短管51相遇。操作时，先将两段需要连接的横杆通过中空短管51旋在一起，将两段的位置调整至使光纤固定装置3的中空管平行于第一角度测量装置21的表盘211或第三角度测量装置23的表盘231，然后旋转第一定位中空短管52使其转至中空短管51处，并将中空短管51卡住，旋转第二定位中空短管53使其转至中空短管51处，使得连接的横杆12和横杆13位置固定，不能轻易转动。当然若只在横杆12上设置第一定位中空短管52或只在横杆13上设置第二中空短管53也是可以的。请参考图8，图8为图7中两段横杆组装后的结构示意图。

本发明的用于测量不同角度离水辐射的手持装置的使用方法为：在现场进行测量时，首先根据测量现场的需要，将横杆1接长或保持横杆原长，调整中空短管51，使得光纤固定装置3的中空管平行于第一角度测量装置21的表盘211。如使用GER光谱仪，将GER光谱仪的光纤插入光纤固定装置的中空管31中，插入方向使得光纤的端头位于中空管31设置顶丝311的一端，拧紧顶丝311将光纤固定，由于光纤的端头部位不易受损，所以应该用顶丝311夹住光纤端头。调节角度微调装置4的活动板41，使得光纤与横杆1处于垂直位置。

然后手持横杆1的手柄11，将横杆1伸出使光纤上的探头伸至水面，水平端住横杆1或使用三脚架使横杆1更加稳定。开始测量，与GER光谱仪相连接的电脑上出现测量数据时，开始调整横杆1的角度，如将横杆1在第一角度测量装置21的表盘211所在的平面内旋转即将横杆俯仰，或将横杆1在第二角度测量装置22的表盘221所在的平面内旋转即将横杆翻滚，或将横杆1在水平面内旋转，分别通过三个角度测量装置表盘上的刻度读出横杆1在三维空间旋转的角度，记录下电脑上显示的相应的测量数据。

本发明提供的手持装置，能够精确的实现探头在三维空间的立体定位，可以辅助进行多角度测量离水辐射，使得测量快速且准确。

以上对本发明所提供的用于离水辐射测量的便携式多角度定位装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于测量不同角度离水辐射的手持装置，其特征在于，包括：

横杆，设置在横杆端部的光纤固定装置，设置在光纤固定装置后与横杆连接的角度测量装置；

所述角度测量装置包括测量平行于横杆的与水平面相垂直的平面内角度的第一角度测量装置，测量垂直于横杆的与水平面相垂直的平面内角度的第二角度测量装置，测量水平面内角度的第三角度测量装置；

所述第一角度测量装置包括与水平面相垂直且与横杆平行连接的表盘，悬挂于表盘中心的铅垂，所述表盘上以表盘中心为圆心划分了360度等间隔刻度线；所述表盘所处平面为当横杆水平放置时表盘所处的平面；

所述第二角度测量装置包括与水平面相垂直且被横杆由中心垂直穿过的表盘，悬挂于表盘中心的铅垂，所述表盘上以表盘中心为圆心划分了360度等间隔刻度线；所述表盘所处平面为当横杆水平放置时表盘所处的平面；

所述第三角度测量装置包括水平与横杆相连的表盘，垂直穿过表盘中心的竖棍和与表盘同心连接的指南针，所述表盘上以表盘中心为圆心划分了360度的等间隔刻度线；所述表盘所处平面为当横杆水平放置时表盘所处的平面；

以上各部件所处的平面为当横杆水平放置时的各部件所处的平面。

2.根据权利要求1所述的手持装置，其特征在于，所述光纤固定装置包括中空管，所述中空管垂直于横杆并平行于所述第一角度测量装置的所述表盘，所述中空管的一端设置光纤固定部件。

3.根据权利要求2所述的手持装置，其特征在于，还包括连接横杆与光纤固定装置的角度微调装置，所述角度微调装置包括与所述中空管在同一平面内并与所述光纤固定装置相连接的活动板和固定在横杆上的固定板，活动板一端与固定板可旋转连接，活动板另一端设置以旋转连接点为圆心的弧形导向装置，固定板上相应位置处设置与弧形导向装置相配合的导向块，所述手持装置还设置将活动板位置固定的固定部件。

4.根据权利要求3所述的手持装置，其特征在于，以横杆水平放置时固定板上的水平线为0度，所述活动板沿弧形导向装置转动的角度为顺时针或逆时针0度～20度。

5.根据权利要求1所述的手持装置，其特征在于，所述横杆由至少两段连接而成，每两段之间设置连接部件。

6.根据权利要求5所述的手持装置，其特征在于，所述连接部件为中空短管，内部车有螺纹，连接的两段横杆端头分别车有与中空短管相配套的螺纹。

7.根据权利要求6所述的手持装置，其特征在于，所述横杆的螺纹上，所述中空短管的两端还旋有至少一个定位中空短管。

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