CN110307918B - 水下扫描拉曼测温装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非接触式测量水体温度场的测温装置，其核心内容是基于拉曼散射原理测量水体温度，装置中激光器和光学望远镜安装在可旋转平台上，可旋转平台安装在可旋转的基体外壳上，通过控制电路不断改变激光器的激光光路和光学望远镜的接收光路的交点即测量点的位置，实现对目标水体进行扫描式温度测量，可快速获得目标水体温度数据，测量精度高，探测范围广，同步性强，基体外壳、激光器和光学望远镜使用耐高压水密外壳，可用于水下探测，激光器和光学望远镜可实现动态聚焦，可对水体进行高精度温度测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种水下扫描拉曼测温装置，更具体地来说是一种基于拉曼散射测温原理，可对目标水体进行扫描式温度测量的装置。
背景技术
1. 已有水下温度测量一般采用如下几种方案：（1）传统接触式测量，使用温度传感器进行接触式测量，存在测量时间长，空间精度低，操作难度高，同步性差，覆盖面小的缺点。（2）卫星遥感遥测，使用红外热辐射计以卫星为基站进行大范围测量，由于红外光在海水中极高的吸收性，穿透海水能力差，局限于测量海水表面温度。
2. 拉曼测温技术原理：当水温升高，水分子的热运动加强，分子间的形成的氢键相对低温更容易断裂，水分子簇团的浓度减少，单个水分子浓度增加，分子内的伸缩振动增强，使得水的拉曼位移谱峰位向长波方向移动，拉曼位移谱形状发生变化。因此，通过测量水的拉曼位移频谱可以间接得到水的温度值。
发明内容
本文的目的是提供一种用于水下非接触式测温装置，可以快速，大范围，高分辨率的测量目标水体温度。
因此，本发明的核心内容是激光器和光学望远镜安装在旋转平台上，二者工作角度可按需要程控调整，基体外壳可绕旋转轴程控旋转，通过控制电路控制基体外壳和旋转平台旋转，可以不断改变激光器和光学望远镜的工作角度，从而不断改变探测点的位置，通过分析拉曼散射的频移频谱特征得到水体的温度信息，实现对目标水体的任意点、线、面、体空间进行温度扫描探测。
一种水下扫描拉曼测温装置，用于非接触式测量水体温度场，包括激光器、光学望远镜、旋转平台、基体外壳、旋转轴，其特征是激光器、光学望远镜安装在可旋转平台上，工作角度可按需要程控调整，基体外壳可绕旋转轴程控旋转，通过调整激光器和光学望远镜的工作角度不断改变测量点的位置，实现对水体温度场扫描测量，激光器向水体发射激光，使用光学望远镜接收测量点处拉曼散射产生的傍轴激光信号，传输至光电探测器，再经过光电转换器件，模数转换电路传输至计算机对测量点处拉曼散射数据分析处理得到温度数据并进行存储、显示，实现温度实时测量。基体外壳、激光器、光学望远镜使用耐压水密外壳，可工作于水下环境。激光器和光学望远镜可实现动态聚焦，可对水体进行高精度温度测量。
本发明构建的水下扫描拉曼测温装置，其效果是解决了接触式测量方法普遍时间长，测点不连续，操作难度高，覆盖范围小，同步性差等缺点，此装置使用基于拉曼散射的激光测温方法，激光器和光学望远镜的角度可以按需程控调整，可快速获得目标处水体的温度数据，测量精度高，探测范围广，同步性强。
附图说明
图1，本发明的结构示意图。
其中，1-激光器，2-光学望远镜，3-第一旋转平台，4-第二旋转平台，5-基体 外壳，6-旋转轴，7-测量点。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
如图1，一种水下扫描拉曼测温装置，用于测量装置所在三维空间的温度，主要包括 激光器1、光学望远镜2、基体外壳5、第一旋转平台3、第二旋转平台4，其特征是激光器1安装在第一旋转平台3上，光学望远镜2安装在第二旋转平台4上，第一旋转平台3和第二 旋转平台4安装在基体外壳5上，基体外壳5可绕旋转轴6旋转。
激光器1向测量点7处水体发射激光，使用光学望远镜2接收测量点7处由拉曼散射产生的傍轴激光信号，传输至光电探测器，再经过光电转换器件和模数转换电路传输至计算 机，对拉曼散射数据进行处理，得到测量点7温度数据并进行存储、显示。
通过控制电路控制第一旋转平台3、控制第二旋转平台4、基体外壳5旋转，从而改变激光器1和光学望远镜2的工作角度，改变二者光路交汇点即测量点7的位置，可实现对装置周围水体温度进行扫描式或定点式测量。
基体外壳5、激光器1、光学望远镜2采用耐压水密外壳，可在水下工作。激光器1 和光学望远镜2可实现动态聚焦，可对水体进行高精度温度测量。
上述装置可以快速获得目标处水体的温度场数据，测量精度高，探测范围广，是一种效率高，同步性强的水下测温装置。
Claims (3)
1.一种水下扫描拉曼测温装置，用于非接触式测量水体温度场，包括激光器（1）、光学望远镜（2）、第一旋转平台（3）、第二旋转平台（4）、基体外壳（5）、旋转轴（6），其特征是所述激光器（1）安装在所述第一旋转平台（3）上，所述光学望远镜（2）安装在所述第二旋转平台（4）上，二者工作角度可按需要程控调整，所述第一旋转平台（3）和第二旋转平台（4）安装在所述基体外壳（5）上，所述基体外壳（5）可绕旋转轴（6）程控旋转；所述激光器（1）向测量点（7）处水体发射激光，使用光学望远镜（2）接收测量点（7）处由拉曼散射产生的傍轴激光信号，利用拉曼散射的频移频谱特征得到测量点（7）处温度，通过调整激光器（1）和光学望远镜（2）的工作角度不断改变测量点（7）的位置，实现对目标水体温度场扫描测量；所述基体外壳（5）、激光器（1）和光学望远镜（2）使用耐压水密外壳，可工作于水下环境。
2.如权利要求1所述的水下扫描拉曼测温装置，其特征在于，所述的激光器（1）向测量点（7）处水体发射激光，使用光学望远镜（2）接收测量点（7）处由拉曼散射产生的傍轴激光信号，传输至光电探测器，再经过光电转换器件和模数转换电路传输至计算机，对测量点（7）处水体的拉曼散射数据进行处理，得到温度数据并进行存储和显示，实现测量点（7）的温度实时测量。
3.如权利要求1所述的水下扫描拉曼测温装置，其特征在于，所述的激光器（1）和光学望远镜（2）可实现动态聚焦，焦点位于测量点（7）的位置，可对水体进行高精度温度测量。
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