CN111272711A - 一种水体衰减系数原位测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水体衰减系数原位测量装置，主要用于水体衰减系数的测量，依次包括光源腔、入水腔和探测腔三个透光腔体，其特征在于，所述光源腔内安装固定有第一电源和光源装置，所述第一电源与光源装置连接；所述入水腔为带有入水口的空腔；所述探测腔内安装固定有照度探测模块、第二电源和微型控制器，所述照度探测模块分别覆盖有红、绿、蓝窄带通滤光片，构成三个探测通道，所述照度计探测模块与微型控制器连接，所述第二电源与照度探测模块、微型控制器连接，提供供电；本发明利用微型控制器、三通道照度探测模块，实现在无光栅的情况下对可见光衰减系数的分波段测量。
Description
技术领域
本发明涉及测量领域，尤其涉及一种水体衰减系数原位测量装置。
背景技术
可见光在水体介质中的衰减情况被多种因素所影响，例如其溶质、电导率、水色、浊度等，利用光学方法实现水体探测，通过对水体衰减系数的测量，可以研究水体的固有光学性质，对水质进行检测，分析水体周围的环境因素。
几种传统的测量水体衰减率的方法有着存在着以下问题：光谱仪和分光计等传统光学测量仪器结构不适合下水，对仪器内部空间要求高，故障率高；传统光学仪器成本高，难以进行大范围的水体原位测量；使用卫星遥感数据进行反演得到的衰减率体现的是整个区域的特性，精确度不足。
发明内容
本发明提出了一种水体衰减系数原位测量装置，用于解决上述问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水体衰减系数原位测量装置，依次包括光源腔、入水腔和探测腔，所述光源腔内安装固定有第一电源和光源装置，所述入水腔为设有入水口的空腔，所述探测腔内安装固定有照度探测模块、第二电源和微型控制器，所述光源腔、探测腔为密封腔。
作为本发明进一步的技术方案：所述光源腔、入水腔、探测腔由透明、透光的亚克力制作而成。
作为本发明进一步的技术方案：所述第一电源与光源装置连接，用于供电。
作为本发明进一步的技术方案：所述光源装置为LED阵列，与靠近所述入水腔的腔壁贴近。
作为本发明进一步的技术方案：所述照度探测模块附设有窄带通滤光片，所述窄带通滤光片分别为红光滤光片、绿光滤光片、蓝光滤光片，构成红、绿、蓝三探测通道。
作为本发明进一步的技术方案：所述微型控制器与照度探测模块连接，控制照度探测模块的开或关，以及数据传输与储存。
作为本发明进一步的技术方案：所述第二电源与照度探测模块、微型控制器连接，用于供电。
上述最优选的系统工作原理大致如下：光源装置发出白光光源，由光源腔出射至入水腔，水由入水口流入并盛满入水腔，光源在入水腔内经过漫反射，到达探测腔内的照度探测模块，分别得到红绿蓝三个通道的照度值D1，此数值与系统下水前空气中的照度值做比值，得到水体的衰减系数。
本发明主要有以下有益效果。
1.本发明中，光源腔、探测腔的外壳与腔体固定材料透明度高，对测量衰减系数影响小，成本较低，加工难度低，便于制作，防水性能好，强度高，可在水下进行较长时间的测量。
2.本发明中，三个照度探测模块窗口上覆盖有不同波段的窄带滤光片，可以同时对白色光源进行分波段的光照度测量，降低了技术成本，解决了光谱仪、分光计等精密仪器下水难的问题。
3.本发明中，使用低功耗的微型控制器，有效的提升了装置的有效运转时间，微型控制器使用无线通信的方式将信息传给计算机，解决了有线传输为探测系统下水带来的困难。
4.本发明中，电源装置采用小型太阳能电源，可以对装置持续供电，保证装置的封闭性，有利于下水进行原位探测。
附图说明
图1是一种水体衰减系数原位测量装置的整体装置图。
附图标记如下：
1-光源腔，2-第一电源，3-光源装置，4-入水腔，5-探测腔，61-红光照度探测模块，62-绿光照度探测模块，63-蓝光照度探测模块，7-微型控制器，8-第二电源。
具体实施方式
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定,此外，附图为示意图，因此本发明装置和设备并不受所述示意图的尺寸或比例限制,需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
如图1所示，本发明提供了一种水体衰减系数原位测量装置，依次包括光源腔1、入水腔4、探测腔5，所述光源腔1、探测腔5为密封腔，所述光源腔1、入水腔4、探测腔5紧密连接。
所述光源腔1内安装固定有第一电源2和光源装置3，所述第一电源2与光源装置3连接，用于光源装置3的供电；所述光源装置3为LED阵列，前端与靠近入水腔4的腔壁贴近，光源装置3出射一定发散角的白光光源，白光光源由光源腔1入射到入水腔4。
所述入水腔4包括入水口9，所述入水口9的作用为引入水流和保持内外水压平衡，当系统进行水下探测时，水通过入水口9流入并盛满入水腔4，在入水腔4内由光源腔1入射的白光光源在水体中传播，在传播的过程中光源会有吸收、散射等衰减，然后到达探测腔5。
所述探测腔5内安装固定有照度探测模块、微型控制器7、第二电源8，所述第二电源8与照度探测模块、微型控制器7连接提供供电，所述照度探测模块附设有窄带通滤光片，所述窄带通滤光片包括红光滤光片、绿光滤光片和蓝光滤光片，分别称为红光照度探测模块61、绿光照度探测模块62和蓝光照度探测模块63，形成三通道水体衰减系数测量，所述红光照度探测模块61、绿光照度探测模块62和蓝光照度探测模块63围绕探测腔中心均匀排布安装，照度探测模块与靠近入水腔4的腔壁贴近，接收来自入水腔4的衰减光源；所述微型控制器7与照度探测模块连接，控制照度探测器的开或关，接受照度探测模块的探测数据以及探测数据储存，微型控制器7安装有无线传输装置，通过无线通讯协议将水下探测到的数据传输给岸基。
所述光源腔1、入水腔4、探测腔5采用透明亚克力材料制作，所述第一电源2、光源装置3、照度探测模块、微型控制器7、第二电源8采用环氧树脂、尼龙、橡胶类材料、PLA作为固定材料，从而整体降低系统成本以及系统的重量，实现系统轻便、小型化。
所述第一电源2、第二电源8，可以采用太阳能电池、锂电池铅蓄电池，并安装有稳压装置。
水体衰减系数原位探测的工作原理大致如下：光源模块发出白光光源，由光源腔1出射至入水腔4，水由入水口9流入并盛满入水腔4，光源在入水腔4内经过漫反射，到达探测腔5内的照度探测器，分别得到红绿蓝三个通道的照度值D1，此数值与系统下水前空气中的照度值做比值，得到水体的衰减系数。
在本实施例中,最优的水体衰减系数探测过程包括如下：首先用缆绳和浮标将实验装置置于近岸海水表面以下5至10米深处,确保入水腔4中灌满海水后,在信号传输范围内利用岸基向微型控制器7传输打开照度探测模块，照度探测模块开始工作,连续采集3-5分钟各波段照度数据,并通过无线传输将数据传回岸基,经过数据处理和辐射传输的相关计算得到该水体对各波段可见光的总衰减系数。
Claims (9)
1.一种水体衰减系数原位测量装置，依次包括光源腔（1）、入水腔（4）、探测腔（5），其特征在于，所述光源腔（1）内安装固定有第一电源（2）和光源装置（3），所述入水腔（4）为空腔，开有入水口（9），所述探测腔（5）内安装固定有照度探测模块、第二电源（8）和微型控制器（7），所述光源腔（1）、探测腔（5）为密封腔。
2.根据权利要求1所述的一种水体衰减系数原位测量装置，其特征在于，所述第一电源（2）与光源装置（3）连接，提供供电。
3.根据权利要求1所述的一种水体衰减系数原位测量装置，其特征在于，所述光源装置（3）为LED阵列，与靠近所述入水腔（4）的腔壁贴近。
4.根据权利要求1所述的一种水体衰减系数原位测量装置，其特征在于，所述照度探测模块包括红光照度探测模块（61）、绿光照度探测模块（62）、蓝光照度探测模块（63），所述红光照度探测模块（61）、绿光照度探测模块（62）、蓝光照度探测模块（63）分别附设有红光窄带通滤光片、绿光窄带通滤光片、蓝光窄带通滤光片，构成红、绿、蓝三个探测通道。
5.根据权利要求1所述的一种水体衰减系数原位测量装置，其特征在于，所述照度计探测模块围绕探测腔（5）中心均匀排布安装。
6.根据权利要求1所述的一种水体衰减系数原位测量装置，其特征在于，所述微型控制器（7）与照度探测模块连接，控制照度探测模块的开或关，以及数据的传输和储存。
7.根据权利要求1所述的一种水体衰减系数原位测量装置，其特征在于，所述微型计算机（7）安装有无线传输装置，用于与岸基的数据传输、通讯。
8.根据权利要求1所述的一种水体衰减系数原位测量装置，其特征在于，所述第二电源（8）与照度探测模块和微型控制器（7）连接，提供供电。
9.根据权利要求1所述的一种测量水体衰减系数的原位系统，其特征在于，所述光源腔（1）、入水腔（4）、探测腔（5）采用透明亚克力材料制成，所述第一电源（2）、光源装置（3）、照度探测模块、微型控制器（7）、第二电源（8）采用环氧树脂、尼龙、橡胶类材料、PLA作为固定材料。
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