CN110146167A - 一种基于在滑轨上移动光谱仪的极地海冰剖面光谱辐射测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于在滑轨上移动光谱仪的极地海冰剖面光谱辐射测量系统，系统共有两部分，剖面测量子系统包括剖面测量驱动板、光谱仪驱动板、光谱仪、步进电机驱动器、步进电机、机械传动机构、倾角传感器、探头调整机构，主控子系统包括主机调试口、主控板、GPS定位模块、铱星通讯模块、电源。光谱仪驱动板连接光谱仪和倾角传感器；剖面测量驱动板通过步进电机驱动器来控制步进电机，进而控制机械传动机构，并与光谱仪驱动板进行无线通信；剖面测量驱动板、主机调试口、GPS定位模块、铱星通讯模块均与主控板相连，电源为系统供电。本发明提供了一种可在极地环境长期、原位、连续地测量海冰剖面光谱辐射的装置，为研究海冰动态变化提供了新方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种光谱测量系统，具体涉及一种基于在滑轨上移动光谱仪的极地海冰剖面光谱辐射测量系统。
背景技术
近几十年来，极地气候和极地海冰环境正发生着巨大变化。其中海冰由于其对于极地海洋生态系统、极地上层海洋过程、大气-海冰-海洋相互作用以及全球气候变化等方面均具有重要意义，因此成为极地研究的热点。有研究表明在过去的几十年中，由于几十年来北极地区发生的热力学变化和海冰循环变化共同作用，北极海冰正发生着显著的变化。其中，太阳辐射占据了举足轻重的作用。北极冰雪的大量融化、表面融池的增加造成了整体反照率的降低，加速了海冰的融化以及海冰组成结构的变化。海冰覆盖范围的减少造成更多的太阳辐射能够被海洋吸收和利用，对上层海洋过程也会造成显著影响。同时，海冰内部太阳辐射对冰藻的生长、繁殖和分布也会造成重要影响，进而影响以冰藻为食的浮游动物的丰度和群落结构。综上，对海冰环境太阳辐射，尤其是不同层位太阳辐射变化情况进行长期原位测量，对于帮助解决上述物理、生物、生态等科学问题具有重要意义。
长久以来，由于受到现有观测方法和观测设备的限制，极地海冰环境多层位太阳辐射数据非常缺乏，长期连续数据几乎没有。国内外研究学者对极地海冰环境中光学参数的测量绝大部分是围绕着冰上以及冰下太阳辐射强度展开，采用的方式以人工短期测量为主。随着科学技术的进步，近年来也有少量研究采用自动化装备进行测量，仅有为数不多的研究测量了海冰内部太阳辐射强度剖面，不过这些研究采用的技术往往对海冰的原位环境破坏较大，并且不能对同一地点进行长期原位测量，因此本发明有望克服这些难点，从而推进我国极地海洋装备技术的发展和进步。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，目的在于提出了一种基于在滑轨上移动光谱仪的极地海冰剖面光谱辐射测量系统，其体型较小，工作稳定，可以实现长期、原位、动态监测多层位太阳辐射，并且监测效果好。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现的：一种基于在滑轨上移动光谱仪的极地海冰剖面光谱辐射测量系统，所述测量系统共有两部分：剖面测量子系统和主控子系统；
所述剖面测量子系统包括均保护在密封玻璃筒中的剖面测量驱动板、光谱仪驱动板、光谱仪、步进电机驱动器、步进电机、机械传动机构、倾角传感器、探头调整机构；光谱仪驱动板、步进电机驱动器均与剖面测量驱动板相连；剖面测量驱动板通过步进电机驱动器来控制步进电机的工作，进而控制机械传动机构，机械传动机构驱动光谱仪在滑轨上移动；剖面测量驱动板通过光谱仪驱动板来控制光谱仪的工作，进行光谱强度测量；光谱仪的探头安装在探头调整机构上，光谱仪驱动板通过倾角传感器来测量光谱仪的探头当前绝对倾角，为探头调整机构提供参考；
所述主控子系统包括主机调试口、主控板、GPS定位模块、铱星通讯模块、电源，均保护在密封防水箱中；电源为主控子系统和剖面测量子系统提供工作电压；GPS定位模块、铱星通讯模块、主机调试口均与主控板相连；
主控子系统和剖面测量子系统之间通过主控板与坡面测量驱动板的连接来进行通信和控制。
进一步的，所述机械传动机构包括联轴器、主动齿轮、从动齿轮、主动滚筒、从动滚筒、同步带、光谱仪底座，主动齿轮、从动齿轮、主动滚筒和从动滚筒均转动支承在密封玻璃筒内的底板上，从动齿轮和主动滚筒同轴安装，步进电机通过联轴器带动主动齿轮，主动齿轮和从动齿轮相啮合，主动滚筒和从动滚筒上安装同步带，同步带与光谱仪底座上的滑块相耦合，滑块滑动设置在滑轨上，从而带动光谱仪在滑轨上移动。
进一步的，所述光谱仪底座包括滑块和固定在滑块上的承载板，光谱仪、光谱仪驱动板、探头调整机构均固定在承载板上，光谱仪驱动板的工作电压通过滑轮取电装置从电源中获取。
进一步的，所述滑轮取电装置为一滑轮，所述电源的正极通过导线引出，导线紧绷且与滑轨相平行，滑轮滚动设置在导线上，电源的负极用导线连接到滑块；光谱仪驱动板的电源输入端与滑轮电连接。
进一步的，所述探头调整机构包括探头固定套、蜗轮、蜗杆，光谱仪的探头安装在探头固定套上，探头固定套和倾角传感器都固定在在蜗轮上，蜗轮与蜗杆相啮合，蜗杆一端有内六角孔，便于用扳手调节。
进一步的，所述光谱仪驱动板包括第一微处理器模块、光谱仪控制模块、第一数据存储模块、第一蓝牙无线通信模块，其中所述光谱仪控制模块、第一数据存储模块、第一蓝牙无线通信模块均与第一微处理器模块相连，倾角传感器通过接口与第一微处理器模块相连；所述光谱仪控制模块与光谱仪相连，控制光谱仪工作，并接收返回的剖面光谱强度测量数据，所述第一数据存储模块负责存储剖面光谱强度的测量数据和光谱仪的探头当前倾角数据，所述第一蓝牙无线通信模块负责将第一数据存储模块中存储的数据发送给剖面测量驱动板。
进一步的，所述剖面测量驱动板包括第二微处理器模块、第二数据存储模块、第二蓝牙无线通信模块，其中所述第二蓝牙无线通信模块、第二数据存储模块均与第二微处理器模块相连，步进电机驱动器通过接口与第二微处理器模块相连；所述第二蓝牙无线通信模块负责接收从光谱仪驱动板发来的光谱强度测量数据和当前探头倾角数据，所述第二数据存储模块负责存储第二蓝牙无线通信模块接收到的光谱强度测量数据和当前光谱仪的探头倾角数据，以及步进电机驱动器返回的当前剖面层位数据。
进一步的，所述主控板包括第三微处理器模块、第三数据存储模块，其中所述第三数据存储模块与第三微处理器模块相连，剖面测量驱动板、主机调试口、GPS定位模块、铱星通讯模块均通过接口与第三位处理器相连；所述第三数据存储模块负责存储当前时间数据、当前位置数据、光谱强度数据、光谱仪的探头倾角数据、剖面层位数据；所述主机调试口主要用于现场读取光谱仪的探头倾角数据，通过旋转探头调整机构中的螺杆，来确保光谱仪的探头能正常工作；所述GPS定位模块负责提供装置当前位置数据；所述铱星通讯模块负责发送第三数据存储模块中的数据到实验室上位机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)具有创新性的采用在滑轨上移动光谱仪的方法实现了仅用一个探头来测量整个剖面各个层位上的光谱强度变化，而且所需光纤的长度非常短，减少了光信号衰减的程度，提高了光谱强度测量的精度以及测量灵敏度。
(2)系统配置灵活，应用范围广。可以通过适当增长或缩短滑轨长度来控制测量的剖面总深度，也可以通过控制步进电机来实现同一剖面不同层位数的测量。
(3)整个系统结构紧凑且轻载节能，能够长时间低功耗地工作来确保获得足够多的数据，而且工作时噪声小，对北极生态环境破坏非常小。
(4)光纤探头角度可调，在布放设备时，根据现场读出的倾角传感器测量数据，可以通过手动调节蜗杆来调整光纤探头角度，从而保证光纤探头能够正对天空。
附图说明
图1为本发明实施例的剖面测量子系统结构框图；
图2为本发明实施例的主控子系统结构框图；
图3为本发明实施例的内部传动结构示意图；
图4为本发明实施例的光谱仪底座示意图；
图5为本发明实施例的探头调整机构示意图；
图6为本发明的工作流程图；
图7位本发明的实际投放应用示意图；
图中，剖面测量驱动板1、步进电机驱动器2、步进电机3、机械传动机构4、光谱仪5、光谱仪驱动板6、探头调整机构7、倾角传感器8、密封玻璃筒9、主机调试口10、主控板11、GPS定位模块12、铱星通讯模块13、电源14、密封防水箱15、锁链16、冰桩17、冰孔18、联轴器401、主动齿轮402、从动齿轮403、主动滚筒404、从动滚筒405、同步带406、光谱仪底座407、底板408、滑轮409、探头固定套701、蜗轮702、蜗杆703。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
如图1和图2所示，一种基于在滑轨上移动光谱仪的极地海冰剖面光谱辐射测量系统，其特征在于，所述测量系统共有两部分：剖面测量子系统包括均保护在密封玻璃筒9中的剖面测量驱动板1、光谱仪驱动板6、光谱仪5、步进电机驱动器2、步进电机3、机械传动机构4、倾角传感器8、探头调整机构7；主控子系统包括均保护在密封防水箱15中的主机调试口10、主控板11、GPS定位模块12、铱星通讯模块13、电源14。电源14为主控子系统和剖面测量子系统提供工作电压；GPS定位模块12、铱星通讯模块13、主机调试口10均与主控板11相连；主控子系统和剖面测量子系统之间通过主控板11与剖面测量驱动板1的连接来进行通信和控制；光谱仪驱动板6、步进电机驱动器2均与剖面测量驱动板1相连；剖面测量驱动板1通过步进电机驱动器2来控制步进电机3的工作，进而控制机械传动机构4；剖面测量驱动板1通过光谱仪驱动板6来控制光谱仪5的工作，进行光谱强度测量；光谱仪5的探头安装在探头调整机构7上，光谱仪驱动板6通过倾角传感器8来测量光谱仪5的探头当前绝对倾角，为探头调整机构7提供参考。
如图3所示，所述机械传动机构4包括二级齿轮传动和带传动，所有传动轴均通过轴承支承在密封玻璃筒9内的底板408上，步进电机3通过联轴器401带动主动齿轮402，与主动齿轮402啮合的从动齿轮403也会随之转动，从动齿轮403通过传动轴连接着主动滚筒404，进而为架在主动滚筒404和从动滚筒405上的同步带406提供动力，同步带406与光谱仪5固定座上的滑块存在啮合，从而带动光谱仪5在滑轨上移动。
如图4所示，所述光谱仪底座407包括滑块和固定在滑块上的承载板，滑块上设计有和导轨啮合的槽、和同步带406啮合的槽，光谱仪5、光谱仪驱动板6、探头调整机构7均固定在承载板上，光谱仪驱动板的工作电压通过滑轮取电装置从电源中获取。
所述滑轮取电装置为一滑轮409，所述电源的正极通过导线引出，导线紧绷且与滑轨相平行，滑轮409滚动设置在导线上，电源的负极用导线连接到滑块；光谱仪驱动板的电源输入端与滑轮409电连接。
如图5所示，所述探头调整机构7包括探头固定套701、蜗轮702、蜗杆703，探头固定套701通过螺丝锁紧在蜗轮702上，光谱仪5的探头安装在探头固定套701上，探头固定套701和倾角传感器8都固定在在蜗轮702上，蜗轮702与蜗杆703相啮合，蜗杆703一端有内六角孔，便于用扳手调节。蜗轮702与蜗杆703的导程角保证可以自锁，操作人员可以通过调整蜗杆来控制蜗轮角度，进而保证探头在合适的角度范围内工作。
以下是对主要模块中元器件的选型，但实际采用可不限于此：主控板、剖面测量驱动板、光谱仪驱动板的基准电压源芯片选用Analog Devices公司的ADR435B型号芯片；第一微处理模块、第二微处理器模块、第三微处理器模块的单片机芯片选用AVR公司的ATxmega128A1型号芯片；第一数据存储模块、第二数据存储模块、第三数据存储模块的选通控制芯片选用ON Semiconductor公司的SMF05C型号芯片；光谱仪控制模块的模数转换芯片选用Analog Devices公司的AD7988-5型号芯片；蓝牙无线通信模块的蓝牙无线芯片选用TELINK公司的TLSR8266F512型号芯片；倾角传感器的倾角传感芯片选用Murata公司的SCA100T-D02型号芯片；选用BERGER LAHR公司的VRDM368/LHA型号的步进电机与配套的D921型号的步进电机驱动器；铱星通讯模块选用铱星公司的Iridium 9602；GPS定位模块选用U-BLOX公司的NEO-6M-0-001；选用TAITIEN公司的TW型号的温度补偿晶振；选用ABRACON公司的AB-RTCMK-32768kHz型号的日历时钟芯片；选用Hamamatsu公司C11009MA型号的光谱仪；系统所使用的光纤均采用1mm的塑料光纤；系统所使用的光纤接口均采用标准SMA905光纤接口。
如图6所示，所述测量系统工作流程如下：每日太阳最高位，主控子系统中的日历时钟芯片自动将整个系统从低功耗中唤醒；主控子系统通过主控板11唤醒剖面测量子系统中的剖面测量驱动板1，剖面测量驱动板1控制步进电机驱动器2和光谱仪驱动板6开始工作；步进电机驱动器2控制步进电机3工作，步进电机3带动机械传动机构4，推进光谱仪5前进；计算步进电机3脉冲步数，若步数满足指定值，则代表光谱仪5到达指定层位，进行测量光谱强度并存储数据；计算步进电机3脉冲步数，推算光谱仪5所在位置，若光谱仪5到达最大层位，则退回初始位置，否则继续前进，测量并存储下一层位数据；光谱仪5退回初始位置后，光谱仪驱动板6将所存储的测量数据通过蓝牙无线传输给剖面测量驱动板1，再由剖面测量驱动板1传输给主控子系统；主控子系统通过铱星通讯模块13系统将测量数据发送回实验室，整个测量系统进入低功耗休眠模式。
如图7所示，为本发明布放及测量示意图，整个测量系统分成冰上和冰下两部分。测量系统冰下部分由一个密封玻璃筒9保护着，放入预先打好的直径10cm冰孔18中，随着时间推移，冰孔18与密封玻璃筒9之间的空隙会重新结冰，经计算知产生的冰压在玻璃密封筒承受范围内；测量系统冰上部分由一个防水箱15保护着，防水箱15与玻璃密封筒9上装有航空插头，用来引出连接两者的电线；通过锁链16将密封玻璃筒9和打入冰层的冰桩17连接起来，确保测量系统冰下部分不会滑落海中；玻璃密封筒9和防水箱15，不仅能够使光谱仪、控制电路等关键零部件及装置免受污染和外部破坏，还能在冰雪融化时，提供足够浮力使得整个系统漂浮在水面，以便于卫星信号的收发和可能的系统回收。
虽然本说明书通过具体的实施例详细描述了本发明使用的参数，结构及其光谱测量方法，但是本领域的技术人员将清楚的是，随着技术的发展，本发明的实现方式不限于实施例的描述范围，在不脱离本发明实质和精神范围内，可以对本发明进行各种修改和替换，因此，本发明的保护范围视权利要求范围所界定。
Claims (8)
1.一种基于在滑轨上移动光谱仪的极地海冰剖面光谱辐射测量系统，其特征在于，所述测量系统共有两部分：剖面测量子系统和主控子系统；
所述剖面测量子系统包括均保护在密封玻璃筒中的剖面测量驱动板、光谱仪驱动板、光谱仪、步进电机驱动器、步进电机、机械传动机构、倾角传感器、探头调整机构；光谱仪驱动板、步进电机驱动器均与剖面测量驱动板相连；剖面测量驱动板通过步进电机驱动器来控制步进电机的工作，进而控制机械传动机构，机械传动机构驱动光谱仪在滑轨上移动；剖面测量驱动板通过光谱仪驱动板来控制光谱仪的工作，进行光谱强度测量；光谱仪的探头安装在探头调整机构上，光谱仪驱动板通过倾角传感器来测量光谱仪的探头当前绝对倾角，为探头调整机构提供参考；
所述主控子系统包括主机调试口、主控板、GPS定位模块、铱星通讯模块、电源，均保护在密封防水箱中；电源为主控子系统和剖面测量子系统提供工作电压；GPS定位模块、铱星通讯模块、主机调试口均与主控板相连；
主控子系统和剖面测量子系统之间通过主控板与坡面测量驱动板的连接来进行通信和控制。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机械传动机构包括联轴器、主动齿轮、从动齿轮、主动滚筒、从动滚筒、同步带、光谱仪底座，主动齿轮、从动齿轮、主动滚筒和从动滚筒均转动支承在密封玻璃筒内的底板上，从动齿轮和主动滚筒同轴安装，步进电机通过联轴器带动主动齿轮，主动齿轮和从动齿轮相啮合，主动滚筒和从动滚筒上安装同步带，同步带与光谱仪底座上的滑块相耦合，滑块滑动设置在滑轨上，从而带动光谱仪在滑轨上移动。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光谱仪底座包括滑块和固定在滑块上的承载板，光谱仪、光谱仪驱动板、探头调整机构均固定在承载板上，光谱仪驱动板的工作电压通过滑轮取电装置从电源中获取。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述滑轮取电装置为一滑轮，所述电源的正极通过导线引出，导线紧绷且与滑轨相平行，滑轮滚动设置在导线上，电源的负极用导线连接到滑块；光谱仪驱动板的电源输入端与滑轮电连接。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述探头调整机构包括探头固定套、蜗轮、蜗杆，光谱仪的探头安装在探头固定套上，探头固定套和倾角传感器都固定在在蜗轮上，蜗轮与蜗杆相啮合，蜗杆一端有内六角孔，便于用扳手调节。
6.根据权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于：所述光谱仪驱动板包括第一微处理器模块、光谱仪控制模块、第一数据存储模块、第一蓝牙无线通信模块，其中所述光谱仪控制模块、第一数据存储模块、第一蓝牙无线通信模块均与第一微处理器模块相连，倾角传感器通过接口与第一微处理器模块相连；所述光谱仪控制模块与光谱仪相连，控制光谱仪工作，并接收返回的剖面光谱强度测量数据，所述第一数据存储模块负责存储剖面光谱强度的测量数据和光谱仪的探头当前倾角数据，所述第一蓝牙无线通信模块负责将第一数据存储模块中存储的数据发送给剖面测量驱动板。
7.根据权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于：所述剖面测量驱动板包括第二微处理器模块、第二数据存储模块、第二蓝牙无线通信模块，其中所述第二蓝牙无线通信模块、第二数据存储模块均与第二微处理器模块相连，步进电机驱动器通过接口与第二微处理器模块相连；所述第二蓝牙无线通信模块负责接收从光谱仪驱动板发来的光谱强度测量数据和当前探头倾角数据，所述第二数据存储模块负责存储第二蓝牙无线通信模块接收到的光谱强度测量数据和当前光谱仪的探头倾角数据，以及步进电机驱动器返回的当前剖面层位数据。
8.根据权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于：所述主控板包括第三微处理器模块、第三数据存储模块，其中所述第三数据存储模块与第三微处理器模块相连，剖面测量驱动板、主机调试口、GPS定位模块、铱星通讯模块均通过接口与第三位处理器相连；所述第三数据存储模块负责存储当前时间数据、当前位置数据、光谱强度数据、光谱仪的探头倾角数据、剖面层位数据；所述主机调试口主要用于现场读取光谱仪的探头倾角数据，通过旋转探头调整机构中的螺杆，来确保光谱仪的探头能正常工作；所述GPS定位模块负责提供装置当前位置数据；所述铱星通讯模块负责发送第三数据存储模块中的数据到实验室上位机。
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|---|---|---|---|---|
| CN112173726A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-01-05 | 黑龙江工程学院 | 一种无接触运输的超声悬浮装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101329191A (zh) * | 2008-07-16 | 2008-12-24 | 南京航空航天大学 | 多层物位自动测量仪及其测量方法 |
| RU2521246C1 (ru) * | 2013-02-01 | 2014-06-27 | Ольга Петровна Авандеева | Погружной комплекс экологического мониторинга водных объектов |
| CN104865201A (zh) * | 2015-06-15 | 2015-08-26 | 武汉大学 | 一种水体表观光谱二向性自动测量装置及方法 |
| CN106644072A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-05-10 | 浙江大学 | 基于旋转光谱仪的极地海冰多层位光谱辐射测量系统 |
| CN107192487A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-09-22 | 浙江大学 | 一种剖面式海冰冰压测量系统及其测量方法 |
| CN108151796A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-06-12 | 杭州电子科技大学 | 一种冰下湖无污染探测控制系统 |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101329191A (zh) * | 2008-07-16 | 2008-12-24 | 南京航空航天大学 | 多层物位自动测量仪及其测量方法 |
| RU2521246C1 (ru) * | 2013-02-01 | 2014-06-27 | Ольга Петровна Авандеева | Погружной комплекс экологического мониторинга водных объектов |
| CN104865201A (zh) * | 2015-06-15 | 2015-08-26 | 武汉大学 | 一种水体表观光谱二向性自动测量装置及方法 |
| CN106644072A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-05-10 | 浙江大学 | 基于旋转光谱仪的极地海冰多层位光谱辐射测量系统 |
| CN107192487A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-09-22 | 浙江大学 | 一种剖面式海冰冰压测量系统及其测量方法 |
| CN108151796A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-06-12 | 杭州电子科技大学 | 一种冰下湖无污染探测控制系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 胡圣鹰 等: "基于Iridium 9602 的北极海冰综合监测系统的设计与应用", 《现代电子技术》 * |
| 饶开友 等: "极区冰基拖曳式海洋剖面浮标系统低功耗设计与实现", 《海洋科学》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112173726A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-01-05 | 黑龙江工程学院 | 一种无接触运输的超声悬浮装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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