CN102608037A - 一种快速测量光衰减系数的测量装置及测量方法 - Google Patents

一种快速测量光衰减系数的测量装置及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速测量光衰减系数的测量装置，其特征在于：包括测量装置和数据处理系统；所述测量装置包括外壳，外壳上设置有若干进出水孔；所述外壳内部一端设有成像系统，成像系统的周围安装有光学照明系统，外壳的另一端设有目标物；所述数据处理系统包括数据处理装置；所述成像系统与数据处理系统通过信号线连接。所述数据处理装置为计算机，计算机中设置有数据处理软件。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明在任意水体中检测固定位置水对光的衰减系数具有环境要求低，易测试，系统稳定，便于携带，简便易行的优点。

Description

一种快速测量光衰减系数的测量装置及测量方法
技术领域
本发明属于光衰减测量装置领域，具体地说，涉及一种快速测量光衰减系数的测量装置。
背景技术
近些年来在光学与水发生着比以往更加密切的关系，从水体的污染检测到激光探测、水下传感等等，可以说，在军、工、农等各个领域都有水下光学的应用。但是影响水下光应用的最大问题就是水体对光的衰减系数，同时由于不同时间，不同位置的水体对光的衰减系数也迥然不同，所以一种准确、渐变的测试系统及方法受到期待。
水体对光的衰减系数直接反映是光在水中的衰减程度，从另一个方面上讲即反映水的透明度，很久以来人们通常用直径为30cm的白圆板放入水中，等到无法再看到白板时，这个深度定为水的透明度。这个方法固然简单，但是有许多缺点，其受到水面反射光的影响很大，同时与观测者本身视觉有很大的关联，所以今年来国际上多采用仪器来观测光能量在水中的衰减，以确定其对光的衰减系数。同时透明度的新定义为：一平行光束在水中传播一定距离后，其能量与原能量之比。
然而在室外环境中由于环境背景光的影响，利用能量计对光进行能量测定是存在很大误差的，同时由于对衰减系数测量经常需要利用船只等水上工具，其系统稳定性也存在一定的差距。目前较多测试仍需要取得水样，再到实验室进行测试，这无形中就增加了测试成本、测试时间，同时也为测试结果增加了更多的不稳定因素。
目前国外在测量水中光衰减率方面利用双通道通光，一个通道对散射光全吸收，另一通道对散射光全反射，之后利用双通道的不同来推算水中光的衰减系数，虽然可以较精确测量，但其设备较为复杂，成本较高。
因此应该理解，有这些客观条件提出的要求比较严格，并且随着目前对水资源利用的飞速发展，存在一种测试需要，以允许在日常工作环境中，简便、准确的测定水体对光的衰减系数。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种结构简单、成本低，对任意水体在确定深度、确定位置情况下，对该水体光衰减系数的精确值，进行测量的快速测量光衰减系数的测量装置。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
一种快速测量光衰减系数的测量装置，其特征在于：包括测量装置和数据处理系统；
所述测量装置包括外壳，外壳上设置有若干进出水孔；
所述外壳内部一端设有成像系统，成像系统的周围安装有光学照明系统，外壳的另一端设有目标物；
所述数据处理系统包括数据处理装置；
所述成像系统与数据处理系统通过信号线连接。
所述数据处理装置为计算机，计算机中设置有数据处理软件。
进一步地说：
所述数据处理软件内构建了数据处理模型，数据处理模型包含两个工作模式，一个工作模式为图像监视工作模式，另一个工作模式是数据采集及数据处理工作模式。
更进一步地说：
所述成像系统包括水下成像设备，水下成像设备的前端设置有滤光片。
所述光学照明系统包括若干个安装在成像系统周围的光源。
所述水下成像设备和光源分别活动连接在外壳内壁上。
更进一步地说：
所述目标物为漫反射、黑白对比目标物，目标物在测量过程中提供成像目标。
所述外壳是由不透光材料制成的。
本发明还提供了一种快速测量光衰减系数的测量装置的测量方法，其特征在于：
包括以下步骤：
a、将计算机和测量装置的线路连接，确认成像系统的滤光片安装牢固，确认成像系统和计算机工作正常，能够满足测量的需要；
b、将测量装置放置到待测水体中，测量装置的深度和稳定性满足测量要求，待测水样通过外壳上的进出水孔进入到外壳内；
c、利用成像系统监视外壳内部的情况，确保待测水体充满外壳，并且确保待测水样中无干扰物；
d、测量时打开光源，成像系统利用漫反射、黑白对比目标物的反射光进行成像，根据目标物上黑白区域不同的反射光强度，与数据处理软件中设定的标准光强做比较，通过数据分析系统对光强值变化做出比较，由计算机中的数据处理软件计算出待测水样对光的衰减系数；期间成像系统依然工作，可以监视外壳中的实时变化；
e、对待测水体进行多次测量，重复步骤b、步骤c、步骤d，直到衰减系数稳定后，取多次衰减系数的平均值为最终结果。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明包括测量装置和数据处理系统两部分，测量时，只需要将测量装置放置到待测水体中的确定深度和确定位置，，成像系统对目标物的反射光进行成像，根据目标上黑白区域不同的反射光强度，与数据处理系统设定的标准光强做比较，通过数据分析系统对光强值变化做出比较，由计算机中的数据处理软件计算出待测水样对光的衰减系数。
在实际测量中，由于外壳上的进出水孔口径较小，大的杂质物无法进入到外壳中，同时，由于预设值已经存储，且在整个系统中，光学照明系统比较稳定，在操作过程中不会出现成像模糊的故障，进而其在室外工作中，只需对软件进行简单操作就可以得到较准确的水体对光衰减系数的准确值。
综上所述，本发明在任意水体中检测固定位置水对光的衰减系数具有环境要求低，易测试，系统稳定，便于携带，简便易行的优点。
同时下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
附图为本发明的工作原理示意图。
图中：1-数据处理装置；2-信号线；3-光学照明系统；4-成像系统；5-外壳；6-进出水孔；7-目标物；8-滤光片。
具体实施方式
实施例：
如附图所示，一种快速测量光衰减系数的测量装置，包括测量装置和数据处理系统两部分。
所述测量装置包括外壳5，外壳5上设置有若干进出水孔6。在本实施例中，外壳是由不透光材料制成的，有效地避免了外界杂散光对整个测量过程的干扰。同样的，将外壳上的进出水孔6设置在外壳5的两个侧面上，保证从进出水孔6流动的水的水流方向与光的发射方向基本平行，这样就将水流动对光线的影响降低到最小。外壳5的两个侧面上对称设置有多个进出水孔6，这样保证了水流动的平稳。每个进出水孔的口径小，稍大的杂质物无法进入到外壳中，保证了测量装置的运作，也保证了测量的精度。
在本实施例中，所述数据处理系统包括数据处理装置1，数据处理装置1为计算机。计算机中设置有数据处理软件。数据处理软件包含两个工作模式，一个工作模式为图像监视工作模式，另一个工作模式是数据采集及数据处理工作模式。使用前，通过计算机将预先设定标准光强的数值输入到数据处理软件中，便于与测量得来的光衰减后的光强数值进行比较。
所述外壳5内部一端设有成像系统4，成像系统4的周围安装有光学照明系统3，外壳的另一端设有目标物7。目标物7为漫反射、黑白对比目标物，提高成像系统的成像效果，也便于在计算机上进行观察。成像系统与数据处理系统通过信号线连接。
在本实施例中，所述成像系统为水下成像系统，水下成像设备的前端设置有滤光片8。滤光片只能让特定颜色的光通过，便于观察和测量。光学照明系统包括若干个安装在成像系统周围的光源，为测量装置提供原始光源。光源可根据实际情况，安装不同的数量，只要可以达到最佳效果就行。所述目标物为漫反射、黑白对比目标物，目标物在测量过程中提供成像目标。由于目标物和水下成像系统之间的距离是保持不变的，所以光源和水下成像系统活动连接在外壳内部。
另外，本发明还提供了一种快速测量光衰减系数的测量装置的测量方法，包括以下步骤：
a、将计算机和测量装置的线路连接，确认成像系统的滤光片安装牢固，确认成像系统和计算机工作正常，能够满足测量的需要；
b、将测量装置放置到待测水体中，测量装置的深度和稳定性满足测量要求，待测水样通过外壳上的进出水孔进入到外壳内；
c、利用成像系统监视外壳内部的情况，确保待测水体充满外壳，并且确保待测水样中无干扰物；
d、测量时打开光源，成像系统利用漫反射、黑白对比目标物的反射光进行成像，根据目标物上黑白区域不同的反射光强度，与数据处理软件中设定的标准光强做比较，通过数据分析系统对光强值变化做出比较，由计算机中的数据处理软件计算出待测水样对光的衰减系数；期间成像系统依然工作，可以监视外壳中的实时变化；
e、对待测水体进行多次测量，重复步骤b、步骤c、步骤d，直到衰减系数稳定后，取多次衰减系数的平均值为最终结果。
综上所述，本发明在任意水体中检测固定位置水对光的衰减系数具有环境要求低，易测试，系统稳定，便于携带，简便易行的优点。
以上仅为本发明的优选实施范例，本发明中的光源可采用LED灯，水下成像设备可以采用水下CCD成像装置，数据处理软件由MATLAB编写，等等或者其他更改或变化，都是本领域技术人员在理解范围内所做的修改、替换或者改进，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种快速测量光衰减系数的测量装置，其特征在于：包括测量装置和数据处理系统；
所述测量装置包括外壳(5)，外壳(5)上设置有若干进出水孔(6)；
所述外壳(5)内部一端设有成像系统(4)，成像系统(4)的周围安装有光学照明系统(3)，外壳(5)的另一端设有目标物(7)；
所述数据处理系统包括数据处理装置(1)；
所述成像系统(4)与数据处理系统通过信号线(2)连接。
2.根据权利要求1所述的快速测量光衰减系数的测量装置，其特征为在于：所述数据处理装置(1)为计算机，计算机中设置有数据处理软件。
3.根据权利要求2所述的快速测量光衰减系数的测量装置，其特征为在于：所述数据处理软件内构建了数据处理模型，数据处理模型包含两个工作模式，一个工作模式为图像监视工作模式，另一个工作模式是数据采集及数据处理工作模式。
4.根据权利要求1所述的快速测量光衰减系数的测量装置，其特征为在于：所述成像系统(4)包括水下成像设备，水下成像设备的前端设置有滤光片(8)。
5.根据权利要求1所述的快速测量光衰减系数的测量装置，其特征在于：所述光学照明系统(3)包括若干个安装在成像系统(4)周围的光源。
6.根据权利要求4或5所述的快速测量光衰减系数的测量装置，其特征在于：所述水下成像设备和光源分别活动连接在外壳内壁上。
7.根据权利要求6所述的快速测量光衰减系数的测量装置，其特征在于：所述目标物(7)为漫反射、黑白对比目标物，目标物(7)在测量过程中提供成像目标。
8.根据权利要求7所述的快速测量光衰减系数的测量装置，其特征在于：所述外壳(5)是由不透光材料制成的。
9.一种快速测量光衰减系数的测量装置的测量方法，其特征在于：
包括以下步骤：
a、将计算机和测量装置的线路连接，确认成像系统的滤光片安装牢固，确认成像系统和计算机工作正常，能够满足测量的需要；
b、将测量装置放置到待测水体中，测量装置的深度和稳定性满足测量要求，待测水样通过外壳上的进出水孔进入到外壳内；
c、利用成像系统监视外壳内部的情况，确保待测水体充满外壳，并且确保待测水样中无干扰物；
d、测量时打开光源，成像系统利用漫反射、黑白对比目标物的反射光进行成像，根据目标物上黑白区域不同的反射光强度，与数据处理软件中设定的标准光强做比较，通过数据分析系统对光强值变化做出比较，由计算机中的数据处理软件计算出待测水样对光的衰减系数；期间成像系统依然工作，可以监视外壳中的实时变化；
e、对待测水体进行多次测量，重复步骤b、步骤c、步骤d，直到衰减系数稳定后，取多次衰减系数的平均值为最终结果。
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