CN101839762B - 一种用于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体 - Google Patents

Abstract

一种用于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体，包括探头外壳、光纤和光纤密封管，该探头外壳一端为透明端，另一端设有延长管，该光纤的插针端伸入该探头外壳内，尾端通过延长管伸出探头外壳，在该探头外壳内还设有用于固定光纤插针端的光纤固定装置，且该延长管包括至少两个相互连接的分延长管。本发明的可加装于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体，使得仅在陆地上使用的地物光谱仪探头也可适用于水下作业，且其测量精度高、可调整测量深度。

Description

一种用于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体

技术领域

本发明涉及一种水下光学探测装置，特别是一种用于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体。

背景技术

地物光谱仪在遥感测量、农作物监测、森林研究、工业照明测量和矿物勘察等许多领域发挥着重要的作用。地物光谱仪多用于陆地地物的光谱测量，对于水下光场测量研究具有一定的局限性。而专门用于刻画水下辐射光场分布水下光谱测量系统，如Satlantic 公司生产的水下剖面仪（Free-falling Optical Profiler），此类仪器一般要求投放水深大于15米，无法测量浅水水域的光场分布。

 因此，有必要发展可加装于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体，扩展地物光谱仪的应用领域和使用方式，弥补浅水水域的光场分布测量仪器缺失的空白。

中国专利ZL 200820047323.6，公开了一种带光纤的水下辐亮度探头，包括进光玻璃窗口，探头主体圆管和光纤出口，进光玻璃窗口通过密封圈与探头主体圆管的上管面结合，并由玻璃密封螺母旋压固定形成平面水密封结构；光纤出口包括光纤接头、引出光纤的水管和水管接头，光纤接头安装固定在探头主体圆管下部的内孔中，水管接头的上部通过密封圈与探头主体圆管的下管面结合，并由探头主体圆管的密封螺母旋压固定形成平面水密封结构，其下部柱面通过两个密封圈与引出光纤的水管的内管面结合，形成柱状水密封结构。该专利公开的对探头的密封方式中，光纤被固定在主体圆管中，在具体操作的过程中，很容易发生扭动或者偏差，如果接触到进光玻璃窗口，这样使得光纤头容易损坏，如果发生扭动，则会导致光纤的工作效率和测量精度都大打折扣。而且由于连接探头的水管为非刚性材料，因而操作过程中一般是抓住水管末端将探头投放入水中使用，在水流的作用下，无法保证探头在水中始终垂直于海面，即测量姿态无法保证；而如果利用一个刚性硬管和探头侧面刚性连接，然后抓住刚性硬管投放探头，虽然能够保证探头在水中始终垂直于海面，但是增大了探头的自身阴影，带来更大的测量误差，甚至出现测量错误；此外，光纤被固定在水管中，由于水管非刚性材料，在水流作用下，很容易发生扭动，进而会使安装在内的光纤发生扭动，对光纤造成损坏；而且一般情况下，为了增加探头的测量深度，在容纳探头的装置中都设有长度固定的延伸圆管，这样就无法根据水深的实际情况来灵活调整光纤的长度，给使用上造成了不便。

发明内容

本发明的目的在于解决以上问题而提供一种测量精度高的，可调整测量深度的可加装于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体。

本发明的进一步的目的是提供一种对光纤起到良好保护作用的、能够保证探头测量姿态的可加装于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种用于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体，包括探头外壳、光纤、和光纤密封管，该探头外壳一端为透明端，另一端设有延长管，该光纤的插针端伸入该探头外壳内，尾端通过延长管伸出探头外壳，在该探头外壳内还设有用于固定光纤插针端的光纤固定装置，且该延长管包括至少两个相互连接的分延长管。这样的结构，将只能在陆地上使用的地物光谱仪，通过加装防护罩，使其在浅水区域内也可以使用，成本较低。同时，由于探头在具体操作和使用的过程中，会产生扭动和倾斜的问题，使得测量的精度大大降低，而在光纤外设置的光纤固定装置，将光纤插针端牢牢的固定死，且使得光纤垂直于探头外壳的透明端，这里水下光场测量规范中要求辐射亮度探头垂直于水面测量，对本例中，投放时，探头垂直于水面，也就是外壳前端的石英玻璃平行于水面，所以安装于内部的光纤要垂直于石英玻璃表面。而延长管包括至少两个相互连接的分延长管，又使得可以根据具体需要的探测深度的值来确定相应的要连接的分延长管道的个数，这样可以根据实际的需要灵活改变探头可以延伸的长度。

该光纤固定装置包括光纤固定锥套和光纤固定压套，该光纤固定锥套设于光纤和探头外壳内壁之间且套接于光纤之上，该光纤固定压套设于光纤插针端和探头外壳内壁之间。这样设置的在固定光纤，使光纤不随便摆动，对光纤起到很好的保护作用的同时，也可以避免光纤滑入探头外壳内部，而在光纤插针端与探头外壳内壁之间安装的光纤固定压环可以紧压光纤的插针端，并与光纤固定连接锥套配合将光纤固定于探头外壳内部。

该延长管和探头外壳尾部紧密接触，它们之间通过套接于两者外部的密封管接头螺母连接在一起。且该延长管采用刚性材料加工。这样的设计使得整个探头的密封效果更加理想。而延长管直接刚性连接于探头尾部，减小自身阴影，减小测量误差，在具体投放使用中，还要注意保证测量姿态，保护光纤。同时由于连接探头的水管为刚性材料，因而操作过程中即使是在水流的作用下，也可以保证探头在水中始终垂直于海面，即测量姿态也能够得到保证。也可以减少探头的自身阴影，使得测量误差减少到最小。

该探头外壳和延长管相连的一端开有密封管安装槽，该密封管接头螺母和光纤之间还依次套接有密封管接头介子和光纤密封管，该密封管接头介子和光纤密封管嵌入该密封管安装槽内。为了使得密封效果更加好，在光纤的尾端还加装有光纤密封管，为了便于其和延长管的安装配合，在光纤密封管和密封管接头螺母之间还连接有密封管接头介子。

每个分延长管之间通过螺纹连接，且至少一个分延长管上设有用于通过光纤尾端的圆孔。这样可以随时根据实际使用中的需要，增加或减少分延长管的个数。而在其中一个分延长管上设置的圆孔，用来使光纤可使光纤从中穿出，并连接到地物光谱仪上。

该延长管内径不小于18cm,每个分延长管长度大于120cm。

一般实际使用过程中使用的光纤的直径以大于18cm居多，同时，每个分延长管的长度大于120cm，也是根据实际情况的需要，确定的长度。

该探头外壳透明端包括石英玻璃、O型密封圈、石英玻璃固定密封螺套，该石英玻璃通过中空的石英玻璃固定密封螺套固定于探头外壳上，且该石英玻璃与探头外壳之间安装有O型密封圈。采用石英玻璃作为透光元件是成本较低以及较优的选择，装有的密封圈，使得水下作业更加方便和便捷。中空的石英玻璃固定密封螺套既能够固定石英玻璃，又留有适当的空间透光使用。

该探头外壳透明端和光纤插针端之间距离为20-1000微米。这里光纤插针端上的光纤纤芯前端面，都是经过精细研磨的，如果光纤插针端紧贴外壳透明端也就是石英玻璃，会损坏光纤的前端面，降低光纤的透过率，所以要留有一定的距离；但是光纤插针如果距离石英玻璃太远，就不能保证外界测量光场的光能够最大限度的全部进入光纤视野，所以光纤插针端又不能离开石英玻璃太远，本发明中，针对具体情况，设置为20-1000微米为宜。

该探头外壳透明端的透射光谱范围为200-2500nm，平均透过率大于90%。这里针对地物光谱仪的使用领域，一般要求地物光谱仪的光谱测量范围能够覆盖200-2500nm，所以安装于测量光纤外部的石英玻璃，其透射光谱范围也需达到这样的要求；平均透过率大于90%，是指在200-2500nm的波长范围内，透过率都能超过90%，如果所选择的石英玻璃具有太明显的波长选择性（也就是某一波段很高，其余很低），或是平均透过率太低（也就是都很低），会限制地物光谱仪的使用范围。

每个分延长管上均标有长度刻度。这样的设计，便于根据实际测量水深的需要来确定实际需要的分延长管的个数，同时也可以用于确定所测辐射亮度的水深。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明在地物光谱仪光纤探头外加装了水密抗压仓体，不仅具有抗压放密封的作用，使得陆地上使用的地物光谱仪也适用于水下作业，成本较低。同时通过在光纤和探头外壳之间加装了光纤固定装置，将光纤插针端牢牢的固定死，且使得光纤垂直于探头外壳的透明端。同时，在探头外壳尾端设置的延长管又使得可以根据具体需要的探测深度的值来灵活改变探头可以延伸的长度。

此外，本发明设计的水密抗压仓体，结构紧凑、体积小，重量轻，安装简单、自阴影小、可加装于地物光谱仪光纤探头，扩展地物光谱仪的应用领域和使用方式，与地物光谱仪配套使用，可用于刻画水下辐射光场分布，测量衰减系数和水底底质反射率等。

附图说明

图1 为本发明的水密抗压仓体的结构示意图。

图2 为本发明的分延长管的结构示意图。

图3 为本发明的设有圆孔的分延长管的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例

如图1所示，为本发明的可加装于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体的结构示意图。从图中可以看出：这里的水密抗压仓体，包括探头外壳6、光纤11、光纤密封管9，这里探头外壳6一端为透明端，另一端设有延长管10；而探头外壳6透明端包括石英玻璃1、O型密封圈2、石英玻璃固定密封螺套3，而“凸”状的石英玻璃1通过中空的石英玻璃固定密封螺套3固定于探头外壳6前端上，且石英玻璃1与探头外壳6之间安装有O型密封圈2，起到水封作用。这里，也可以采用其它如塑料等的材质，只要有一定的强度，透光性良好的均可。最终，光纤的插针端14伸入探头外壳6内，且与探头外壳6同轴，与石英玻璃1表面垂直，光纤尾端15通过延长管10伸出探头外壳6。 

这里，石英玻璃1和光纤插针端14之间的距离为20-1000微米。且石英玻璃1的透射光谱范围为200-2500nm，平均透过率大于90%。此外，石英玻璃1经过高精度研磨加工而成。

这里延长管10包括至少两个（也可为多个）相互连接的分延长管，用于延长辐射亮度探头的测量深度，这里优选为五个，如图2、3所示，各个分延长管之间通过螺套端12进行螺纹连接。在其中一个分延长管上还设有一个用于通过光纤尾端的圆孔13（直径优选18cm），这样可使光纤从其中穿出，并连接到地物光谱仪上，优选设置在第二节延长管上。这里的延长管内径不小于18cm,且每个分延长管长度大于120cm。这样五个分延长管都连接上的情况下，其测量深度为0-5m。这里，和探头外壳6相连接的分延长管之间为刚性连接，以保证探头测量时不会随水流摆动，减少测量误差，而延长圆管的第一节、第二节、第三节、第四节和第五节之间利用螺套刚性连接，并且保证在旋转螺套连接节与节之间时，每节延长圆管不会转动。此外，为了使用上的方便，每个分延长管上均标有长度刻度，同时也可以用于确定所测辐射亮度的水深。

如图1所示：在探头外壳6内还设有用于固定光纤插针端14的光纤固定装置，它包括光纤固定锥套5和光纤固定压套4，这里光纤固定锥套5设于光纤11和探头外壳6内壁之间且套接于光纤11之上，而光纤固定压套4设于光纤插针端14和探头外壳内壁6之间起到对光纤11的良好定位作用。这里光纤固定锥套5也可为多个相互对称设置的结构，同样起到避免光纤11滑入探头外壳6内部的作用。

此外，延长管10和探头外壳6尾部紧密接触，它们之间通过套接于两者外部的密封管接头螺母7连接在一起。此外，在探头外壳6和延长管10相连的一端开有密封管安装槽16，在密封管接头螺母7和光纤11之间还依次套接有密封管接头介子8和光纤密封管9，而密封管接头介子8和光纤密封管9嵌入密封管安装槽内16。具体使用过程中，首先将光纤密封管9嵌入密封管安装槽16，然后将密封管接头介子8套接于光纤密封管9上，再旋紧密封管接头螺母7将光纤11固定好。

这里，关于材料的选择和具体尺寸的确定上，水密抗压仓体零部件均采用316L不锈钢或钛合金加工而成，并且全部电泳黑色，避免探头本身对测量光场的影响。而光纤密封管9采用采用TYGON生产的工业级硅胶软管，要求具有高的柔韧度和抗腐蚀性，内径13cm，外径16cm。

这里探头外壳6尾部的光纤密封管安装槽顶端外径14cm，公差0到+0.05，而密封管安装槽16长度大于等于30cm，并保证向内有1度的锥度加工，即安装槽底端外径为14.5cm。

以上对本发明的可加装于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体，包括探头外壳、光纤和光纤密封管，该探头外壳一端为透明端，另一端设有延长管，该光纤的插针端伸入该探头外壳内，尾端通过延长管伸出探头外壳，其特征在于：在该探头外壳内还设有用于固定光纤插针端的光纤固定装置，且该延长管包括至少两个相互连接的分延长管；

该光纤固定装置包括光纤固定锥套和光纤固定压套，该光纤固定锥套设于光纤和探头外壳内壁之间且套接于光纤之上，该光纤固定压套设于光纤插针端和探头外壳内壁之间。

2.根据权利要求1所述的用于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体，其特征在于：该延长管和探头外壳尾部紧密接触，它们之间通过套接于两者外部的密封管接头螺母连接在一起，且该延长管采用刚性材料加工。

3.根据权利要求2所述的用于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体，其特征在于：该探头外壳和延长管相连的一端开有密封管安装槽，该密封管接头螺母和光纤之间还依次套接有密封管接头介子和光纤密封管，该密封管接头介子和光纤密封管嵌入该密封管安装槽内。

4.根据权利要求3所述的用于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体，其特征在于：每个分延长管之间通过螺纹连接，且至少一个分延长管上设有用于通过光纤尾端的圆孔。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体，其特征在于：该延长管内径不小于18cm,每个分延长管长度大于120cm。

6.根据权利要求1至4任一项所述的用于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体，其特征在于：该探头外壳透明端包括石英玻璃、O型密封圈、石英玻璃固定密封螺套，该石英玻璃通过中空的石英玻璃固定密封螺套固定于探头外壳上，且该石英玻璃与探头外壳之间安装有O型密封圈。

7.根据权利要求1至4任一项所述的用于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体，其特征在于：该探头外壳透明端和光纤插针端之间距离为20-1000微米。

8.根据权利要求1至4任一项所述的用于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体，其特征在于：该探头外壳透明端的透射光谱范围为200-2500nm，平均透过率大于90%。

9.根据权利要求1至4任一项所述的用于地物光谱仪光纤探头的水密抗压仓体，其特征在于：每个分延长管上均标有长度刻度。

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