CN107764519A - 一种深海中光的衰减特性研究平台及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海中光的衰减特性研究平台，包括光学平台，光学平台上设有用于发射光束的光源发射器和用于接收该光束的第一探测器，第一探测器设置在光束的光路上。将该研究平台放入深海中或具有模拟深海环境的高压舱中，光源发射器发出一定功率的光束，光束沿着其光路传输，受到深海环境或模拟深海环境的影响，光能量具有一定程度的衰减，第一探测器测量得到接收到的衰减后的光束功率，由此可得深海中光的衰减系数。在深海光学成像系统中可以根据光的衰减系数确定合适的光源功率，从而可提高探测目标的成像质量，进而提高探测目标的准确性。本发明还公开了一种包括上述深海中光的衰减特性研究平台的深海中光的衰减特性研究系统。

Description

一种深海中光的衰减特性研究平台及系统

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，更具体地说，涉及一种深海中光的衰减特性研究平台。此外，本发明还涉及一种包括上述深海中光的衰减特性研究平台的深海中光的衰减特性研究系统。

背景技术

随着深海矿产开发以及深海资源勘测等深海开发技术的发展，深海光学成像技术越来越成为研究的重点。

深海中光学成像的过程为：由光源发出的光经过深海海水介质到达探测目标，光经探测目标反射后再经深海海水介质到达成像系统。

而由于深海海水中溶解的各种矿物质以及悬浮粒子的作用，将造成光的损耗，使光在深海海水中传播时不断衰减。光在深海海水中的衰减主要包括吸收和散射，吸收是指具有吸收作用的粒子吸收在光路传输过程中的光能并将其转换成其它形式的能量，从而造成光的吸收衰减；散射主要是指光在传输过程中与其它粒子发生碰撞而使部分光能改变传输方向，从而使光路传输中的光能不断减少，造成光的散射衰减。光的衰减使到达成像系统的光的功率相比光源发出的光的功率大为缩减，因此使探测目标的成像质量差，从而降低了目标探测的准确率。

由此可以看出，深海中光的衰减特性是深海光学成像系统的主要影响因素，因此深海中光的衰减特性的研究至关重要，而开展深海中光的衰减特性研究的前提是搭建研究平台。

综上所述，如何提供一种研究深海中光的衰减特性的平台，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种深海中光的衰减特性研究平台，该深海中光的衰减特性研究平台可以通过测量得到光的衰减系数，因此将该研究平台放入深海环境中可测得深海中光的衰减系数。

本发明的另一目的是提供一种包括上述深海中光的衰减特性研究平台的深海中光的衰减特性研究系统，该深海中光的衰减特性研究系统可以测量得到模拟深海环境中光的衰减系数，因此在深海光学成像系统中可以根据光的衰减系数确定合适的光源功率，从而可提高探测目标的成像质量，进而提高探测目标的准确性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种深海中光的衰减特性研究平台，包括光学平台，所述光学平台上设有用于发射光束的光源发射器和用于接收所述光束的第一探测器，所述第一探测器设置在所述光束的光路上。

优选地，所述光学平台上还设有位于所述光路上的至少两片用于增加衰减光程的反射镜。

优选地，所述光源发射器的出口处设有用于滤除轴外杂散光的光阑。

优选地，所述光学平台上还设有可绕着所述光束的光路转动的弧形导轨，所述弧形导轨上设有用于测量杂散光功率的第二探测器，所述第二探测器可移动的设置在所述弧形导轨上。

优选地，所述光学平台高度可调的设置在支撑平台上。

优选地，所述支撑平台包括多个工字型连接杆，多个所述工字型连接杆两端的棱边分别首尾相连组成多棱柱框架状支撑平台。

优选地，所述多棱柱框架状支撑平台的各个连接点处设有用于增加连接强度的加固装置。

一种深海中光的衰减特性研究系统，包括具有模拟深海环境的高压舱和设置在所述高压舱内的深海中光的衰减特性研究平台，所述深海中光的衰减特性研究平台为上述任意一种深海中光的衰减特性研究平台。

优选地，还包括：

与所述光源发射器相连且用于控制所述光源功率的控制器；

与所述第一探测器和所述第二探测器均相连、用于显示所述第一探测器和所述第二探测器的测量结果的显示器；所述控制器和所述显示器均设置在所述高压舱的外部。

优选地，所述高压舱内设置有用于实时监控实验过程的摄像头，所述摄像头与所述控制器相连。

本发明提供的深海中光的衰减特性研究平台，光源发射器发射出具有一定功率的光束，光束沿着其光路传输，设置在光路上的第一探测器接收到该光束，并测得接收到的光束功率。因此，将该深海中光的衰减特性研究平台放入深海中或具有模拟深海环境的高压舱中时，由于光束沿着光路传输时受到深海环境或模拟深海环境的影响，光能量具有一定程度的衰减，因此第一探测器探测到的光束功率相比于光源发射器发出的光束功率具有一定程度的衰减，由此可以计算得出光在深海环境或模拟的深海环境中的衰减系数。

本发明提供的深海中光的衰减特性研究系统，包括具有模拟深海环境的高压舱和设置在高压舱内的深海中光的衰减特性研究平台，该深海中光的衰减特性研究平台为上述深海中光的衰减特性研究平台。该深海中光的衰减特性研究系统可以测量得到高压舱内模拟深海环境中光的衰减系数，因此在深海光学成像系统中可以根据光的衰减系数确定合适的光源功率，从而可提高探测目标的成像质量，进而提高探测目标的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的深海中光的衰减特性研究系统具体实施例的结构框图；

图2为本发明所提供的深海中光的衰减特性研究台具体实施例的结构示意图；

图3为本发明所提供深海中光的衰减特性研究台具体实施例的主视图；

图4为本发明所提供深海中光的衰减特性研究台具体实施例的俯视图。

图1-4中：

1为光学平台、2为支撑平台、3为高压舱、4为控制器、5为显示器、6为摄像头、11为光源发射器、12为第一探测器、13为反射镜、14为光阑、15为弧形导轨、16为第二探测器、21为工字型连接杆、22为加固装置、23为加强杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种深海中光的衰减特性研究平台，该深海中光的衰减特性研究平台可以通过测量得到光的衰减系数，因此将该研究平台放入深海环境中可测得深海中光的衰减系数。本发明的另一核心是提供一种包括上述深海中光的衰减特性研究平台的深海中光的衰减特性研究系统，该深海中光的衰减特性研究系统可以测量得到模拟深海环境中光的衰减系数，因此在深海光学成像系统中可以根据光的衰减系数确定合适的光源功率，从而可提高探测目标的成像质量，进而提高探测目标的准确性。

请参考图1-图4，图1为本发明所提供的深海中光的衰减特性研究系统具体实施例的结构框图；图2为本发明所提供的深海中光的衰减特性研究台具体实施例的结构示意图；图3为本发明所提供深海中光的衰减特性研究台具体实施例的主视图；图4为本发明所提供深海中光的衰减特性研究台具体实施例的俯视图。

本申请提供的深海中光的衰减特性研究平台，包括光学平台1，光学平台1上设有用于发射光束的光源发射器11和用于接收光束的第一探测器12，第一探测器12设置在光束的光路上。

需要说明的是，本申请提供的深海中光的衰减特性研究平台主要用于测量深海中光的衰减特性。因此，使用时只需要将该深海中光的衰减特性研究平台放入深海环境中即可。该深海环境可以为自然的深海中，也可以为模拟的深海环境。例如，将该深海中光的衰减特性研究平台放入具有模拟深海环境的高压舱3中。

光源发射器11用于发射光束，本申请对光源发射器11的具体光源不做限定，用户可以根据实际情况进行选择。例如，光源发射器11可以为激光器，也可以为复色光发射器。另外，为了得到较优光束，优选的，光源发射器11的出口为透明陶瓷出口。

第一探测器12用于接收由光源发射器11发出的光束经光路传输后的光束，并测量其光能量。本申请对第一探测器12的具体形式不做限定，第一探测器12可以为普通的光功率计，也可以为光学积分球，用户可以根据实际情况进行选择。

需要进一步说明的是，本申请对光源发射器11和第一探测器12在光学平台1上的设置方式不做限定。为了便于确定第一探测器12的设置位置，可以在光学平台1上设置光学滑轨，光学滑轨沿光源的光路设置，光源发射器11和第一探测器12均设置在光学滑轨上。为了测得不同光程上光的衰减特性，优选的，在光学滑轨上设置可移动的光学支撑架，第一探测器12安装在光学支撑架上，并随着光学支撑架在光学滑轨上的移动而移动，因此可以测得不同光程的光能量，从而可以计算不同光程下光的衰减系数，提高测量精度。

综上所述，本申请提供的深海中光的衰减特性研究平台中，光源发射器11发射出具有一定功率的光束，光束沿着其光路传输，设置在光路上的第一探测器12接收到该光束，并测得接收到的光束功率。因此，将该深海中光的衰减特性研究平台放入深海中或具有模拟深海环境的高压舱3中时，由于光束沿着光路传输时受到深海环境或模拟深海环境的影响，光能量具有一定程度的衰减，因此第一探测器12探测到的光束功率相比于光源发射器11发出的光束功率具有一定程度的衰减，由此可以计算得出光在深海环境或模拟的深海环境中的衰减系数。在深海光学成像系统中可以根据光的衰减系数确定合适的光源功率，从而可提高探测目标的成像质量，进而提高探测目标的准确性。

考虑到光程对光的衰减特性的影响，在上述实施例的基础之上，光学平台1上还设有位于光路上的至少两片用于增加衰减光程的反射镜13。也就是说，通过反射镜13的反射使光束来回折返，从而来增加光的衰减光程，提高光的衰减测量精度。

需要说明的是，本申请对反射镜13的具体片数不做限定，只要能满足经反射镜13的反射可以使光束来回折返到达第一探测器12即可。

为了使光源发射器11发出的光束沿光路的轴向传输，避免轴外杂散光，在上述实施例的基础之上，光源发射器11的出口处设有用于滤除轴外杂散光的光阑14。通过光阑14对轴外杂散光的滤除作用，可以使光束沿着光路的轴向传输，从而提高了测量精度。

考虑到光在传输过程中与其它粒子发生碰撞时，使部分光能改变传输方向，因此为了测量光的散射衰减，在上述任意一个实施例的基础之上，光学平台1上还设有可绕着光束的光路转动的弧形导轨15，弧形导轨15上设有用于测量杂散光功率的第二探测器16，第二探测器16可移动的设置在弧形导轨15上。

优选的，弧形导轨15的两端分别位于光源发射器11处和第一探测器12处，也就是说，弧形导轨15位于光源发射器11和第一探测器12之间的非光路方向上。本申请对弧形导轨15的具体弧度不做限定，用户可以根据实际测量需要进行设定。

可以理解的是，由于第二探测器16可移动的设置在弧形导轨15上，因此可以将第二探测器16设置在弧形导轨15的任意位置，用于测量弧形导轨15的不同位置处的杂散光功率。

另外，弧形导轨15可以以光路为轴线，绕着光路进行转动，本申请对弧形导轨15的具体转动角度不做限定，弧形导轨15可以在光学平台1的上部空间内0°～180°范围内转动任意角度，从而可以测得任意方向的衰减光功率。

也就是说，可以通过调整弧形导轨15的角度以及第二探测器16在弧形导轨15上的设置位置来测量不同方向不同位置的光衰减功率。

考虑到光学平台1的支撑固定问题，在上述实施例的基础之上，光学平台1高度可调的设置在支撑平台2上。

需要说明的是，支撑平台2用于支撑、固定光学平台1。

当将该实施例中的深海中光的衰减特性研究平台放入具有模拟深海环境的高压舱3时，将光学平台1固定在支撑平台2上后，将支撑平台2整体移至高压舱3内进行实验。

可以理解的是，支撑平台2的尺寸根据高压舱3的具体尺寸来确定，支撑平台2的尺寸需小于高压舱3的尺寸，以保证支撑平台2整体可以放入高压舱3内。另外，为了保证足够的实验空间，最大限度的利用高压舱3的内部空间，支撑平台2的尺寸应合理的匹配高压舱3的内部尺寸，具体地，用户可以根据实际情况进行设计支撑平台2的具体尺寸。

光学平台1固定在支撑平台2上，因此光学平台1的尺寸可以根据支撑平台2的具体尺寸来确定，以保证足够的实验空间的同时不干涉支撑平台2整体平移至高压舱3内。

本申请对光学平台1和支撑平台2的固定方式不做限定，两者可以通过螺钉连接，也可以通过其它连接方式实现两者的固定，用户可以根据实际情况进行选择。

为了使光学平台1在高压舱3内位于合适的实验位置处，光学平台1高度可调的设置在支撑平台2上，以便通过调整光学平台1在支撑平台2上的位置，获得合适的实验空间。

考虑到支撑平台2的结构简单易加工性以及便于调整性，在上述实施例的基础之上，支撑平台2包括多个工字型连接杆21，多个工字型连接杆21两端的棱边分别首尾相连组成多棱柱框架状支撑平台。

需要说明的是，多棱柱框架状支撑平台为开放式支撑平台，因此可以保证在支撑固定光学平台1的同时不影响光学平台1处于高压舱3内模拟的深海环境中。

优选的，多棱柱框架状支撑平台为六棱柱框架状支撑平台，也就是说支撑平台2由六个工字型连接杆21组成，六个工字型连接杆21两端的棱边分别首尾相连组成六棱柱框架状支撑平台。

工字型连接杆21一方面可以提高支撑平台2的承重能力，另一方面，由于工字型连接杆21的侧棱的两端分别位于上下棱边的中间部位，而不是位于上下棱边的端点处，因此便于连接，从而方便后期的调整。

考虑到支撑平台2的连接强度以及结构的稳定性问题，在上述实施例的基础之上，多棱柱框架状支撑平台的各个连接点处设有用于增加连接强度的加固装置22。

具体的，可以在多棱柱框架状支撑平台的各个连接点的连接部位处设置覆盖连接部位的包边，包边通过螺钉固定在支撑平台2上。当然，也可以是其它的加固装置22，本申请对具体的加固措施不做限定，只要能满足提高支撑平台2的连接强度和牢固性即可。

另外，为了进一步的提高支撑平台2的连接强度和稳固性，优选的，在多棱柱框架状支撑平台的底部相对的棱边之间设置加强杆23。

除了上述深海中光的衰减特性研究平台，本发明还提供一种包括上述实施例公开的深海中光的衰减特性研究平台的深海中光的衰减特性研究系统，该系统还包括具有模拟深海环境的高压舱3，上述深海中光的衰减特性研究平台设置在高压舱3内。

可以理解的是，由于直接进入深海海水中进行探测光的衰减特性非常困难，具有一定的局限性。因此，本实施例将深海中光的衰减特性研究平台设置于高压舱3内，在高压舱3内模拟深海环境，因此通过在具有模拟深海环境的高压舱3内进行光的衰减特性研究的实验，可以得到光在深海环境中的衰减系数，以便于后续深海照明以及深海成像的研究。

另外，为了测量不同实验环境下光的衰减特性，优选的，该深海中光的衰减特性研究系统还包括用于调整高压舱3内的环境参数的控制面板。也就是说，实验者可以通过控制面板输入或调整高压舱3内的模拟环境参数，以便获得不同水质、不同盐度、不同温度以及不同压力等的模拟环境。

为了测量不同功率光束的衰减程度，在上述实施例的基础之上，还包括：

与光源发射器11相连且用于控制光源功率的控制器4；

与第一探测器12和第二探测器16均相连、用于显示第一探测器12和第二探测器16的测量结果的显示器5；控制器4和显示器5均设置在高压舱3的外部。

需要说明的是，为了便于实验者的实时监测，控制器4和显示器5设置在高压舱3外部，且控制器4通过水密接插件与高压舱3内的光源发射器11相连，显示器5通过水密接插件与高压舱3内的第一探测器12和第二探测器16相连。

为了实现对实验过程的实时监控，确保实验过程的安全有效进行，在上述实施例的基础之上，高压舱3内设置有用于实时监控实验过程的摄像头6，摄像头6与控制器4相连。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的深海中光的衰减特性研究平台及系统进行了详细介绍。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 (10)

1.一种深海中光的衰减特性研究平台，其特征在于，包括光学平台(1)，所述光学平台(1)上设有用于发射光束的光源发射器(11)和用于接收所述光束的第一探测器(12)，所述第一探测器(12)设置在所述光束的光路上。

2.根据权利要求1所述的深海中光的衰减特性研究平台，其特征在于，所述光学平台(1)上还设有位于所述光路上的至少两片用于增加衰减光程的反射镜(13)。

3.根据权利要求2所述的深海中光的衰减特性研究平台，其特征在于，所述光源发射器(11)的出口处设有用于滤除轴外杂散光的光阑(14)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的深海中光的衰减特性研究平台，其特征在于，所述光学平台(1)上还设有可绕着所述光路转动的弧形导轨(15)，所述弧形导轨(15)上设有用于测量杂散光功率的第二探测器(16)，所述第二探测器(16)可移动的设置在所述弧形导轨(15)上。

5.根据权利要求4所述的深海中光的衰减特性研究平台，其特征在于，所述光学平台(1)高度可调的设置在支撑平台(2)上。

6.根据权利要求5所述的深海中光的衰减特性研究平台，其特征在于，所述支撑平台(2)包括多个工字型连接杆(21)，多个所述工字型连接杆(11)两端的棱边分别首尾相连组成多棱柱框架状支撑平台。

7.根据权利要求6所述的深海中光的衰减特性研究平台，其特征在于，所述多棱柱框架状支撑平台的各个连接点处设有用于增加连接强度的加固装置(22)。

8.一种深海中光的衰减特性研究系统，包括具有模拟深海环境的高压舱(3)和设置在所述高压舱(3)内的深海中光的衰减特性研究平台，其特征在于，所述深海中光的衰减特性研究平台为权利要求1-7任一项所述的深海中光的衰减特性研究平台。

9.根据权利要求8所述的深海中光的衰减特性研究系统，其特征在于，还包括：

与所述光源发射器(11)相连且用于控制所述光源功率的控制器(4)；

与所述第一探测器(12)和所述第二探测器(16)均相连、用于显示所述第一探测器(12)和所述第二探测器(16)的测量结果的显示器(5)；所述控制器(4)和所述显示器(5)均设置在所述高压舱(3)的外部。

10.根据权利要求9所述的深海中光的衰减特性研究系统，其特征在于，所述高压舱(3)内设置有用于实时监控实验过程的摄像头(6)，所述摄像头(6)与所述控制器(4)相连。