CN105466890A - 一种基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及体散射函数剖面仪辐射定标技术领域，更具体地，涉及一种基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统，包括频率可控脉冲光输出控制装置及分别设置在所述频率可控脉冲光输出控制装置两边的连续光源及辐射探头；连续光源发出的光通过频率可控脉冲光输出控制装置的调制后变成脉冲光输出并被辐射探头接收用于辐射定标。本发明结构简单，适合于在只有连续光源的情况下对只接收脉冲光的辐射探头进行定标。

Description

一种基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统
技术领域
本发明涉及体散射函数剖面仪辐射定标技术领域，更具体地，涉及一种基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统。
背景技术
目前，水体体散射函数测量技术相对较为匮乏，这主要归因于体散射函数测量较为困难，水体散射的特殊方向性，不同方向散射光信号动态范围较大，且某些角度微弱光散射信号的测量特别容易受到外界杂散光的干扰。实际研究发现，通过光源调制、接收端解调的办法可以有效地避免背景光对散射光信号的干扰，因此，如何在只有连续光源的条件下，对散射光辐射探头进行光辐射定标是体散射函数测量仪研制过程中必须考虑的一个关键技术难题。
发明内容
鉴于此，本发明旨在提供一种基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统，其结构简单，并且可以在只有连续光源的情况下对辐射探头进行定标。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
提供一种基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统，包括频率可控脉冲光输出控制装置及分别设置在所述频率可控脉冲光输出控制装置两边的连续光源及辐射探头；连续光源发出的光通过频率可控脉冲光输出控制装置的调制后变成脉冲光输出并被辐射探头接收用于辐射定标；所述频率可控脉冲光输出控制装置包括步进电机、通光转盘、出光光阑盘、通光计数盘、光耦固定板及槽型光耦；所述通光转盘及通光计数盘分别安装在步进电机的转轴的下端及上端并随步进电机的转轴同步旋转；通光转盘上均匀设有若干个透光孔，且所有透光孔的中心位于距离通光转盘中心一定距离的圆周上，通光计数盘的边缘上均匀开设相同数量的透光槽；所述出光光阑盘固定在步进电机的下端面上用于遮挡通光转盘，出光光阑盘上设有一个光阑出口，光阑出口的形状与透光孔的形状相同，且两者距离步进电机的转轴的距离相同；所述光耦固定板固定在步进电机的上端面上，槽型光耦固定在光耦固定板上，通光计数盘的边缘深入槽型光耦的上、下感光面之间。
上述方案中，通过步进电机的转动带动通光转盘及通光计数盘转动，当位于通光转盘上的透光孔与出光光阑盘上的光阑出口相交时，槽型光耦将接收到通光信号，与此同时，连续光源发出的光束通过光阑出口输出，通过控制步进电机的转速，即可得到频率可控的脉冲光，辐射探头接收此脉冲光以用于辐射定标。本发明结构简单，拆卸方便，并且可以在只有连续光源的情况下对只接收脉冲光的辐射探头进行定标。
优选地，该辐射定标系统还包括三个光具座及一个光学导轨，所述连续光源、频率可控脉冲光输出控制装置及辐射探头分别固定在三个光具座上，三个光具座固定安装在光学导轨上。光具座及光学导轨的设置便于该辐射定标系统的安装、调试与拆卸，给用户带来便利。
优选地，为了便于调节连续光源、频率可控脉冲光输出控制装置及辐射探头的高度，将三个光具座的高度设置成可调的。
优选地，该辐射定标系统还包括与槽型光耦连接的频率计数器。
优选地，为了避免因感光不到造成的通光计数盘转动圈数的统计错误，透光槽置于槽型光耦的上、下感光面之间时，槽型光耦完全感光。
优选地，所述通光转盘、出光光阑盘、通光计数盘、光阑出口及透光孔均为圆形。
优选地，所述出光光阑盘的边缘上设有一定高度的遮光台，且所述通光转盘与所述出光光阑盘之间的距离小于所述遮光台的高度；所述出光光阑盘的半径大于所述通光转盘的半径。这样设置可以进一步地避免杂散光对出射光的干扰，有助于获得更加准确的辐射定标结果。
优选地，所述光阑出口的高度高于出光光阑盘的高度。这样有助于获得更集中的光束，提高辐射定标结果的准确性。
优选地，为了使槽型光耦的上、下感光面更好地感光，将通光计数盘的边缘置于槽型光耦的上、下感光面的中间位置。
优选地，为了避免通光计数盘转动圈数统计有误差，将所述透光孔与所述透光槽的位置方向设置成一致，即当透光孔与光阑出口完全重合时，透光槽置于槽型光耦的上、下感光面的正中心。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统，通过步进电机的转动带动通光转盘及通光计数盘转动，当位于通光转盘上的透光孔与出光光阑盘上的光阑出口相交时，槽型光耦将接收到通光信号，与此同时，连续光源发出的光束通过光阑出口输出，通过控制步进电机的转速，即可得到频率可控的脉冲光，辐射探头接收此脉冲光以用于辐射定标；通过光具座及光学导轨的设置便于该辐射定标系统的安装、调试与拆卸，且光具座的高度可调给用户带来了极大的便利；通过在出光光阑盘的边缘上设置一定高度的遮光台，可以避免杂散光对微弱散射光的干扰，以防影响辐射定标结果；通过将通光转盘与出光光阑盘之间的距离设置成小于遮光台的高度，可以进一步地避免杂散光对出射光的干扰，有助于获得更加准确的辐射定标结果；通过将光阑出口的高度设置成高于出光光阑盘的高度，有助于获得更集中的光束，提高辐射定标结果的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例中频率可控脉冲光输出控制装置的结构示意图。
图3为本发明实施例中通光转盘及透光孔的结构示意图。
图4为本发明实施例中出光光阑盘及光阑出口的结构示意图。
图5为本发明实施例中通光计数盘及透光槽的结构示意图。
图6为本发明实施例中透光孔与光阑出口相交过程中输出光能量分布图。
图7为本发明实施例中频率可控脉冲光输出控制装置输出的脉冲光的频率示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
本实施例一种基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统的结构示意图如图1至图5所示，包括频率可控脉冲光输出控制装置16及分别设置在频率可控脉冲光输出控制装置16两边的连续光源17及辐射探头9；连续光源17发出的光通过频率可控脉冲光输出控制装置16的调制后变成脉冲光输出并被辐射探头9接收用于辐射定标；所述频率可控脉冲光输出控制装置16包括步进电机1、圆形通光转盘2、圆形出光光阑盘3、圆形通光计数盘4、光耦固定板6及槽型光耦5；通光转盘2及通光计数盘4分别安装在步进电机1的转轴的下端及上端并随步进电机1的转轴同步旋转；通光转盘2上均匀设有若干个圆形透光孔21，且所有透光孔21的中心位于距离通光转盘2中心一定距离的圆周上，通光计数盘4的边缘上均匀开设相同数量的透光槽41；出光光阑盘3固定在步进电机1的下端面上用于遮挡通光转盘2，出光光阑盘3上设有一个光阑出口8，光阑出口8的形状与透光孔21的形状相同，且两者距离步进电机1的转轴的距离相同；光耦固定板6固定安装在步进电机1的上端面上，槽型光耦5固定在光耦固定板6上，通光计数盘4的边缘深入槽型光耦5的上、下感光面之间，如图2所示。该辐射定标系统还包括三个光具座及一个光学导轨10，所述连续光源17、频率可控脉冲光输出控制装置16及辐射探头9分别固定在三个光具座上，三个光具座固定安装在光学导轨10上。光具座及光学导轨10的设置便于该辐射定标系统的安装与拆卸，给用户带来便利。
对辐射探头9进行定标时，将频率可控脉冲光输出控制装置16固定在光具座12上，将连续光源17固定在光具座11上，将辐射探头9固定在光具座13上，三个光具座的高度可调，连续光源17及辐射探头9分别位于脉冲光输出控制装置16的两边；将三个光具座分别固定在光学导轨10上，调整三个光具座的距离及高度，使连续光源17发出的光的中心与光阑出口8的中心及辐射探头9的光学玻璃窗口的中心位置在同一条直线上，频率可控脉冲光输出控制装置16在光学导轨10上的位置必须确保光阑出口8能够接近但不紧贴辐射探头9的光学玻璃窗口，光阑出口8的大小与光学玻璃窗口的大小一致；将步进电机1与电源14连接，槽型光耦5与频率计数器15连接，以实时监控步进电机1的转速；打开电源14，步进电机1转动，进而带动通光转盘2及通光计数盘4转动，当位于通光转盘2上的透光孔21与出光光阑盘3上的光阑出口8相交时，槽型光耦5将接收到通光信号，与此同时，连续光源17发出的光束通过光阑出口8输出，通过改变电源14的供电功率以控制步进电机1的转速，即可得到频率可控的脉冲光，辐射探头9接收该脉冲光以用于辐射定标，如图1所示。
其中，为了避免因感光不到造成的通光计数盘4转动圈数的统计错误，透光槽41置于槽型光耦5的上、下感光面之间时，槽型光耦5完全感光。当频率计数器15统计的通光计数盘4转动的圈数错误时，如果用户根据频率计数器15的数值改变电源14的供电功率的话，将得不到用户想要的频率的脉冲光，这将致使辐射探头9的定标结果错误。
另外，出光光阑盘3的边缘上设有一定高度的遮光台7，且通光转盘2与出光光阑盘3之间的距离小于遮光台7的高度；遮光台7的设置可以避免杂散光对出射光的干扰，有助于获得更加准确的辐射定标结果。出光光阑盘3的半径大于通光转盘2的半径；这样设置可以更进一步地避免杂散光对出射光的干扰，有助于提高辐射定标结果的准确性。
其中，光阑出口8的高度高于出光光阑盘3的高度。这样有助于获得更集中的光束，提高辐射定标结果的准确性。
另外，通光计数盘4的边缘置于槽型光耦5的上、下感光面的中间位置。这样设置可以使槽型光耦5的上、下感光面更好地感光，避免因感光不到造成的通光计数盘4转动圈数的统计错误。
其中，透光孔21与透光槽41的位置方向一致，即当透光孔21与光阑出口8完全重合时，透光槽41置于槽型光耦5的上、下感光面的正中心。这样可以避免通光计数盘4转动圈数的统计有误差。
本实施例中，通光转盘2的半径R1为115mm，透光孔21的数量为八个，透光孔21的半径r2为15mm，每个透光孔21的圆心与通光转盘2的圆心之间的距离r1为76mm，如图3所示。出光光阑盘3的半径R2为136mm，遮光台7的高度H1为26mm，光阑出口8的半径r2为15mm、高度H2为18mm，光阑出口8的中心与出光光阑盘3的中心之间的距离r1也为76mm，如图4所示。通光计数盘4的半径R3为31mm，在距离通光计数盘4中心18mm的圆周上均匀开有八个透光槽41，透光槽41是一个宽度为5mm、深度为11mm的近似矩形的空槽，槽型光耦5的上下感光面为5mm*10mm的矩形，以保证完全感光，上下感光面之间的距离为5mm，如图5所示。
本实施例中，输出的脉冲光的光能量为光阑出口8通光过程中的一个平均光能量，即当通光转盘2上的透光孔21与出光光阑盘3上的光阑出口8完全重合时光能量最大，在进入和离开光阑出口8过程中光能量分别呈递增和递减趋势，透光孔21与光阑出口8相交过程中，光能量的分布整体上呈正态分布，如图6所示，相应的频率可控脉冲光输出控制装置输出的脉冲光的频率示意图如图7所示。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统，其特征在于，包括频率可控脉冲光输出控制装置（16）及分别设置在所述频率可控脉冲光输出控制装置（16）两边的连续光源（17）及辐射探头（9）；连续光源（17）发出的光通过频率可控脉冲光输出控制装置（16）的调制后变成脉冲光输出并被辐射探头（9）接收用于辐射定标；所述频率可控脉冲光输出控制装置（16）包括步进电机（1）、通光转盘（2）、出光光阑盘（3）、通光计数盘（4）、光耦固定板（6）及槽型光耦（5）；所述通光转盘（2）及通光计数盘（4）分别安装在步进电机（1）的转轴的下端及上端并随步进电机（1）的转轴同步旋转；通光转盘（2）上均匀设有若干个透光孔（21），且所有透光孔（21）的中心位于距离通光转盘（2）中心一定距离的圆周上，通光计数盘（4）的边缘上均匀开设相同数量的透光槽（41）；所述出光光阑盘（3）固定在步进电机（1）的下端面上用于遮挡通光转盘（2），出光光阑盘（3）上设有一个光阑出口（8），光阑出口（8）的形状与透光孔（21）的形状相同，且两者距离步进电机（1）转轴的距离相同；所述光耦固定板（6）固定在步进电机（1）的上端面上，槽型光耦（5）固定在光耦固定板（6）上，通光计数盘（4）的边缘深入槽型光耦（5）的上、下感光面之间。
2.根据权利要求1所述的基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统，其特征在于，还包括三个光具座及一个光学导轨（10），所述连续光源（17）、频率可控脉冲光输出控制装置（16）及辐射探头（9）分别固定在三个光具座上，三个光具座固定安装在光学导轨（10）上。
3.根据权利要求2所述的基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统，其特征在于，三个光具座的高度可调。
4.根据权利要求1所述的基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统，其特征在于，还包括与槽型光耦（5）连接的频率计数器（15）。
5.根据权利要求1所述的基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统，其特征在于，所述透光槽（41）置于槽型光耦（5）的上、下感光面之间时，槽型光耦（5）完全感光。
6.根据权利要求1所述的基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统，其特征在于，所述通光转盘（2）、出光光阑盘（3）、通光计数盘（4）、光阑出口（8）及透光孔（21）均为圆形。
7.根据权利要求1所述的基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统，其特征在于，所述出光光阑盘（3）的边缘上设有一定高度的遮光台（7），且所述通光转盘（2）与所述出光光阑盘（3）之间的距离小于所述遮光台（7）的高度；所述出光光阑盘（3）的半径大于所述通光转盘（2）的半径。
8.根据权利要求1所述的基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统，其特征在于，所述光阑出口（8）的高度高于出光光阑盘（3）的高度。
9.根据权利要求1所述的基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统，其特征在于，所述通光计数盘（4）的边缘置于槽型光耦（5）的上、下感光面的中间位置。
10.根据权利要求1至9任一项所述的基于连续光源的体散射函数剖面仪辐射定标系统，其特征在于，所述透光孔（21）与所述透光槽（41）的位置方向一致。
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