CN103471568A

CN103471568A - 一种便携式水体垂直剖面光学测量系统及其使用方法

Info

Publication number: CN103471568A
Application number: CN2013104128480A
Authority: CN
Inventors: 陈永华; 姜静波; 张亭禄
Original assignee: Institute of Oceanology of CAS
Current assignee: Institute of Oceanology of CAS
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: CN103471568B

Abstract

本发明属于海洋观测领域，具体地说是一种便携式水体垂直剖面光学测量系统及其使用方法，测量系统包括浮力块、辐照度传感器、支撑架体、重力平衡调节锤及辐亮度传感器，浮力块安装在支撑架体顶部，辐照度、辐亮度传感器分别安装在支撑架体的两侧；重力平衡调节锤可相对移动地安装在支撑架体下部，辐照度、辐亮度传感器通过该重力平衡调节锤在支撑架体上的移动，在水中始终处于竖直方向。本发明测量系统能顺流飘离船体，缓慢地自由下落，连续测量从水表面到设定深度的垂直剖面水体上行辐亮度和下行辐照度，具有结构简单和体积小的特点，能够摆脱船体和自身阴影的影响，保证光学测量参数准确，可以进行海洋水色研究、卫星校准和确认等。

Description

一种便携式水体垂直剖面光学测量系统及其使用方法

技术领域

本发明属于海洋观测领域，具体地说是一种便携式水体垂直剖面光学测量系统及其使用方法。

背景技术

随着水深的变化，海洋水体中普遍存在一些物理量垂直剖面分布不均匀的现象，如太阳光照射到海面并穿过水体，引起水体光学的光谱辐照度和辐亮度从水表层到深层的垂直剖面分布变化。而这种变化也会使叶绿素、营养盐等的垂直剖面分布都不均匀，对这些参数的剖面分布探测能为海洋生态学提供有效的数据资料。但是，在靠近调查船的位置，由于受船只的影响，所测量的水体剖面辐照度和辐亮度等要素无法代表该海域的真实情形。对这一问题的解决，能为海洋生态研究提供可靠的调查技术，推动海洋技术的发展。

发明内容

基于调查船对海洋水体光学特性影响，本发明的目的在于提供一种便携式水体垂直剖面光学测量系统及其使用方法。该测量系统在调查人员的操作下，可以随流漂离调查船，以一种简易廉价的方式实现对真实海洋垂直剖面光学特性的观测。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的测量系统包括浮力块、辐照度传感器、支撑架体、重力平衡调节锤及辐亮度传感器，其中浮力块安装在支撑架体顶部，所述辐照度传感器及辐亮度传感器分别安装在支撑架体的两侧；所述重力平衡调节锤可相对移动地安装在支撑架体下部，辐照度传感器及辐亮度传感器通过该重力平衡调节锤在支撑架体上的移动，在水中始终处于竖直方向。

其中：所述支撑架体包括彼此相连的支撑立板及拉紧丝棍，所述重力平衡调节锤螺纹连接在拉紧丝棍上，沿拉紧丝棍的轴向往复移动；所述辐照度传感器及辐亮度传感器分别安装在支撑立板上；所述支撑立板为两个，在两个支撑立板之间设有上下两根相互平行的拉紧丝棍，其中重力平衡调节锤螺纹连接在位于下方的拉紧丝棍上；所述辐照度传感器及辐亮度传感器分别位于两个支撑立板的外侧，并分别通过传感器固定夹固定在两个支撑立板的外侧；所述两个支撑立板之间夹持有横向夹板，该横向夹板位于两根拉紧丝棍之间；每个支撑立板外侧的上下两端分别安装有护圈，并分别套在所述辐照度传感器及辐亮度传感器的外侧；所述护圈为U型，U型护圈的开口端通过螺栓固定在所述支撑立板上，所述辐照度传感器及辐亮度传感器分别由U型护圈的中间穿过；

所述浮力块位于支撑架体的上部，在浮力块上安装有使所述测量系统在水下呈0.2kg负浮力状态的浮力调节板；所述支撑架体的下部安装有缀重板。

本发明便携式水体垂直剖面光学测量系统的使用方法，步骤如下：

A.调节重力平衡调节锤在拉紧丝棍上的位置，使辐照度传感器及辐亮度传感器在水中始终处于竖直方向；

B.将缆绳的一端连接在调查船上、由布放者控制，缆绳的另一端分别系连在支撑架体的四角上；

C.设置所述测量系统的启动工作时间，将测量系统顺着海流的方向沿着调查船的船舷下放入水；

D.让所述测量系统顺流向远离调查船船体的方向漂移，当所述测量系统沉落到水面以下时，带动缆绳，使所述测量系统浮出水面，让测量系统继续顺流远漂；当测量系统再次沉落到水面以下后，再次带动缆绳，使测量系统继续上浮水面漂移，如此反复，直到测量系统漂离调查船的船体至设定位置；

E.释放缆绳，所述测量系统依靠自身负浮力下落，直到到达设计深度后，回收缆绳，将所述测量系统拉出水面，回收到调查船上，完成测量。

其中：通过调整浮力块上安装的浮力调节板的数量，实现所述测量系统在水下呈0.2kg负浮力状态；步骤E中所述测量系统漂离调查船船体的距离为10～15米。

本发明的优点与积极效果为：

1.测量数据准确；本发明的测量系统远离调查船等测量载体，本身体积较小，对测量要素基本没有影响；重力平衡调节锤在拉紧丝棍上的位置可以调节，既能使辐照度传感器和辐亮度传感器在水中处于竖直方向，也保证了测量的准确性。

2.便携式；本发明测量系统结构紧凑，体积和重量较小，携带方便，并可以使用人工来布放。

3.操作方法巧妙；本发明在施放测量系统时，让其顺着海流的方向，以放风筝的方式使测量系统飘离调查船等测量载体。

4.沉降速度可控制；通过合理配载浮力调节板的数量，从而控制整个测量系统水中的重量，达到控制测量系统沉降速度的目的。

附图说明

图1为本发明测量系统的整体结构示意图；

图2为本发明测量系统工作时的示意图；

其中：1为浮力调节板，2为浮力块，3为辐照度传感器，4为传感器固定夹，5为支撑立板，6为横向夹板，7为拉紧丝棍，8为护圈，9为缀重板，10为重力平衡调节锤，11为辐亮度传感器，12为缆绳，13为调查船。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示，本发明包括浮力调节板1、浮力块2、辐照度传感器3、传感器固定夹4、支撑架体、横向夹板6、护圈8、缀重板9、重力平衡调节锤10及辐亮度传感器11，其中支撑架体包括两个支撑立板5及两根拉紧丝棍7，两个支撑立板5左右设置，在两个支撑立板5之间设有上下两根相互平行的拉紧丝棍7，共同构成一个长方形的测量系统的支撑架体。

浮力块2固定在支撑架体的上部，在浮力块2上安装有浮力调节板1；通过调节浮力调节板1的数量，使本发明的测量系统在水下呈0.2kg的负浮力状态，达到控制测量系统沉降速度的目的。支撑架体的下部安装有缀重板9。在两个支撑立板5之间夹持有横向夹板6，该横向夹板6位于两根拉紧丝棍7之间；横向夹板6可以用于固定辐照度传感器3和辐亮度传感器11的线缆，布放操作过程中，还可增加迎流作用力。

在两个支撑立板5的外侧分别固定有传感器固定夹4，辐照度传感器3和辐亮度传感器11分别固定在两个传感器固定夹4上，从而使它们分布在测量系统的左右外侧；浮力块2及其上的浮力调节板1位于两个支撑立板5之间。每个支撑立板5外侧的上下两端分别安装有护圈8，两个支撑立板5上的共四个护圈8均为U型，U型护圈8的开口端通过螺栓固定在支撑立板5上，辐照度传感器3及辐亮度传感器11分别由U型护圈8的中间穿过，使得护圈8分别套在辐照度传感器3及辐亮度传感器11的外侧。

重力平衡调节锤10螺纹连接在位于下方的拉紧丝棍7上，沿拉紧丝棍7的轴向往复移动，辐照度传感器3及辐亮度传感器11通过该重力平衡调节锤10在拉紧丝棍7上的移动，在水中始终处于竖直方向。

在水中布放测量系统时，缆绳12的一端连接在调查船13上、由布放者控制，缆绳12的另一端分别系连在长方形支撑架体的四角上。

如图2所示，本发明便携式水体垂直剖面光学测量系统的使用方法，步骤如下：

A.调节重力平衡调节锤10在拉紧丝棍7上的位置，使辐照度传感器3及辐亮度传感器11在水中始终处于竖直方向；

B.将缆绳12的一端连接在调查船13上、由布放者控制，缆绳12的另一端分别系连在支撑架体的四角上；

C.设置所述测量系统的启动工作时间，将测量系统顺着海流的方向沿着调查船13的船舷下放入水；

D.让所述测量系统顺流向远离调查船12船体的方向漂移，当所述测量系统沉落到水面以下时，轻轻带动缆绳12，使所述测量系统浮出水面，让测量系统继续顺流远漂；当测量系统再次沉落到水面以下后，再次带动缆绳12，使测量系统继续上浮水面漂移，如此反复，直到测量系统漂离调查船13的船体10～15米（本实施例测量系统漂离船体10米）；

E.释放缆绳12，所述测量系统依靠自身负浮力下落，直到到达设计深度后，回收缆绳12，将所述测量系统拉出水面，回收到调查船13上，完成测量。

本发明的辐照度传感器3和辐亮度传感器11均为市购产品，均购置于德国TriOS Science公司生产的RAMSES传感器。

本发明的测量系统能顺流飘离调查船船体，缓慢地自由下落，连续测量从水表面到设定深度的垂直剖面水体上行辐亮度和下行辐照度，具有结构简单和体积小的特点，能够摆脱船体和自身阴影的影响，保证光学测量参数准确，可以进行海洋水色研究、卫星校准和确认等。

Claims

1.一种便携式水体垂直剖面光学测量系统，其特征在于：包括浮力块（2）、辐照度传感器（3）、支撑架体、重力平衡调节锤（10）及辐亮度传感器（11），其中浮力块（2）安装在支撑架体顶部，所述辐照度传感器（3）及辐亮度传感器（11）分别安装在支撑架体的两侧；所述重力平衡调节锤（10）可相对移动地安装在支撑架体下部，辐照度传感器（3）及辐亮度传感器（11）通过该重力平衡调节锤（10）在支撑架体上的移动，在水中始终处于竖直方向。

2.按权利要求1所述的便携式水体垂直剖面光学测量系统，其特征在于：所述支撑架体包括彼此相连的支撑立板（5）及拉紧丝棍（7），所述重力平衡调节锤（10）螺纹连接在拉紧丝棍（7）上，沿拉紧丝棍（7）的轴向往复移动；所述辐照度传感器（3）及辐亮度传感器（11）分别安装在支撑立板（5）上。

3.按权利要求2所述的便携式水体垂直剖面光学测量系统，其特征在于：所述支撑立板（5）为两个，在两个支撑立板（5）之间设有上下两根相互平行的拉紧丝棍（7），其中重力平衡调节锤（10）螺纹连接在位于下方的拉紧丝棍（7）上；所述辐照度传感器（3）及辐亮度传感器（11）分别位于两个支撑立板（5）的外侧，并分别通过传感器固定夹（4）固定在两个支撑立板（5）的外侧。

4.按权利要求3所述的便携式水体垂直剖面光学测量系统，其特征在于：所述两个支撑立板（5）之间夹持有横向夹板（6），该横向夹板（6）位于两根拉紧丝棍（7）之间。

5.按权利要求3所述的便携式水体垂直剖面光学测量系统，其特征在于：每个支撑立板（5）外侧的上下两端分别安装有护圈（8），并分别套在所述辐照度传感器（3）及辐亮度传感器（11）的外侧。

6.按权利要求5所述的便携式水体垂直剖面光学测量系统，其特征在于：所述护圈（8）为U型，U型护圈（8）的开口端通过螺栓固定在所述支撑立板（5）上，所述辐照度传感器（3）及辐亮度传感器（11）分别由U型护圈（8）的中间穿过。

7.按权利要求1所述的便携式水体垂直剖面光学测量系统，其特征在于：所述浮力块（2）位于支撑架体的上部，在浮力块（2）上安装有使所述测量系统在水下呈0.2kg负浮力状态的浮力调节板（1）。

8.按权利要求1所述的便携式水体垂直剖面光学测量系统，其特征在于：所述支撑架体的下部安装有缀重板（9）。

9.一种按权利要求1至8任一权利要求所述的便携式水体垂直剖面光学测量系统的使用方法，其特征在于：步骤如下：

A.调节重力平衡调节锤（10）在拉紧丝棍（7）上的位置，使辐照度传感器（3）及辐亮度传感器（11）在水中始终处于竖直方向；

B.将缆绳（12）的一端连接在调查船（13）上、由布放者控制，缆绳（12）的另一端分别系连在支撑架体的四角上；

C.设置所述测量系统的启动工作时间，将测量系统顺着海流的方向沿着调查船（13）的船舷下放入水；

D.让所述测量系统顺流向远离调查船（12）船体的方向漂移，当所述测量系统沉落到水面以下时，带动缆绳（12），使所述测量系统浮出水面，让测量系统继续顺流远漂；当测量系统再次沉落到水面以下后，再次带动缆绳（12），使测量系统继续上浮水面漂移，如此反复，直到测量系统漂离调查船（13）的船体至设定位置；

E.释放缆绳（12），所述测量系统依靠自身负浮力下落，直到到达设计深度后，回收缆绳（12），将所述测量系统拉出水面，回收到调查船（13）上，完成测量。

10.按权利要求9所述的使用方法，其特征在于：通过调整浮力块（2）上安装的浮力调节板（1）的数量，实现所述测量系统在水下呈0.2kg负浮力状态；步骤E中所述测量系统漂离调查船（13）船体的距离为10～15米。