CN113310906A - 一种现场检测海底沉积物的偏振内窥装置 - Google Patents

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Abstract

一种现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，包括开设有透光窗的密封外壳、设置于所述外壳底部的沉积物钻插尖头、以及设置于所述外壳内的偏振光源系统和接收成像系统，其中，通过所述沉积物钻插尖头将所述外壳插入海底的沉积物中，使得所述偏振光源系统能够通过所述透光窗，将偏振光照射到所述透光窗所到达位置对应的深度处的沉积物上，所述沉积物的散射光通过所述透光窗由所述接收成像系统接收并成像，由此实现海底沉积物的现场原位内窥式检测。通过该装置进行原位探测区分沉积物成分，不仅可以不用取样检测，而且能逐层测量微塑料、泥沙颗粒、生物质等不同成分。使用该装置可以对沉积物进行原位的实时检测，检测效率高，成本低，操作方便。

Description

一种现场检测海底沉积物的偏振内窥装置
技术领域
本发明涉海底沉积物检测技术，特别是涉及一种现场检测海底沉积物的偏振内窥装置。
背景技术
目前海底沉积物的研究常常利用采泥器进行沉积物取样，运回实验室进行检验的方式。这种方式存在采集数据少，采集速度慢且实验成本高，效率低的问题。同时，随着海底塑料垃圾的增多，微塑料的降解以及在海底沉积过程成为一大关注热点。目前的实验方式是通过浮选和过滤沉积物样品的方式获得样品中的微塑料干重。这种实验方式处理步骤多，耗时长且不能对沉积物的类型和大小信息直接收集。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种现场检测海底沉积物的偏振内窥装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，包括开设有透光窗的密封外壳、设置于所述外壳底部的沉积物钻插尖头、以及设置于所述外壳内的偏振光源系统和接收成像系统，其中，通过所述沉积物钻插尖头将所述外壳插入海底的沉积物中，使得所述偏振光源系统能够通过所述透光窗，将偏振光照射到所述透光窗所到达位置对应的深度处的沉积物上，所述沉积物的散射光通过所述透光窗由所述接收成像系统接收并成像，由此实现海底沉积物的现场原位内窥式检测。
进一步地：
所述偏振光源系统包括依次设置在光路上的光源、二分之一波片、四分之一波片和会聚透镜，所述光源发出的激光先后经过所述二分之一波片和所述四分之一波片后成为偏振光，再经过所述会聚透镜照射到沉积物上。
所述偏振光源系统包括依次设置在光路上的偏振光源和会聚透镜，所述偏振光源发出的偏振光经过所述会聚透镜照射到沉积物上。
所述偏振光源为可调模式偏振光源，可调节发出圆偏振光或线偏振光。
所述接收成像系统包括依次设置在光路上的会聚透镜、针孔、准直透镜、柱透镜以及成像传感器，沉积物的散射光由所述会聚透镜进行会聚，经过所述针孔滤波，由所述准直透镜准直成平行光，再由所述柱透镜整形成面光，最后在所述成像传感器上成像。
所述成像传感器为CCD。
还包括设置在所述外壳内的分光系统，所述偏振光源系统发出的光经过所述分光系统再通过所述透光窗射出，所述沉积物的散射光经过所述分光系统后由所述接收成像系统接收。
还包括设置于所述外壳上的固定支架，用于将所述偏振内窥装置稳固置于海床上。
还包括通信装置，用于将检测到的数据传输至远端的处理设备。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，通过密封外壳下端的沉积物钻插尖头，可将外壳插入海底的沉积物中，使得外壳内的偏振光源系统能够通过外壳上的透光窗，将偏振光照射到透光窗所到达位置对应的深度处的沉积物上，沉积物的散射光通过所述透光窗由外壳内的接收成像系统接收并成像，由此，该偏振内窥装置能够实现海底沉积物的现场原位内窥式检测，通过该装置进行原位探测区分沉积物成分，不仅可以不用取样检测，而且能逐层测量微塑料、泥沙颗粒、生物质等不同成分。使用本发明的现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，可以对沉积物进行原位的实时检测，产品结构简单，检测效率高，成本低，操作方便。
附图说明
图1是本发明实施例的现场检测海底沉积物的偏振内窥装置结构示意图。
图2和图3是本发明实施例的偏振光源系统的光路图。
图4是本发明实施例的接收成像光路图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实施例和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参阅图1，本发明实施例提供一种现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，包括开设有透光窗5的密封外壳7、设置于所述外壳7底部的沉积物钻插尖头1、以及设置于所述外壳7内的偏振光源系统6和接收成像系统3，其中，通过所述沉积物钻插尖头1将所述外壳7插入海底的沉积物中，使得所述偏振光源系统6能够通过所述透光窗5，将偏振光照射到所述透光窗5所到达位置对应的深度处的沉积物上，所述沉积物的散射光通过所述透光窗5由所述接收成像系统3接收并成像，由此实现海底沉积物的现场原位内窥式检测。采用偏振光探测方式，利用偏振光可以探测出颗粒沉积物的不同成分，对颗粒沉积物的成分实现分类检测。
参阅图2，在优选的实施例中，所述偏振光源系统6包括依次设置在光路上的光源21、二分之一波片22、四分之一波片23和会聚透镜24，所述光源21发出的激光先后经过所述二分之一波片22和所述四分之一波片23后成为偏振光，再经过所述会聚透镜24照射到沉积物上。其中，二分之一波片22和四分之一波片23可起到相位延迟的作用，使光源达到不同偏振态。
参阅图3，在优选的实施例中，所述偏振光源系统6包括依次设置在光路上的偏振光源31和会聚透镜32，所述偏振光源31发出的偏振光经过所述会聚透镜32照射到沉积物上。
在更优选的实施例中，所述偏振光源为可调模式偏振光源，可调节发出圆偏振光或线偏振光。
参阅图4，在优选的实施例中，所述接收成像系统3包括依次设置在光路上的会聚透镜41、针孔42、准直透镜43、柱透镜44以及成像传感器45，沉积物的散射光由所述会聚透镜41进行会聚，经过所述针孔42滤波，由所述准直透镜43准直成平行光，再由所述柱透镜44整形成面光，最后在所述成像传感器45上成像。
在更优选的实施例中，所述成像传感器45为CCD。
再参阅图1，在优选的实施例中，现场检测海底沉积物的偏振内窥装置还包括设置在所述外壳7内的分光系统2，所述偏振光源系统6发出的光经过所述分光系统2再通过所述透光窗5射出，所述沉积物的散射光经过所述分光系统2后由所述接收成像系统3接收。
分光系统的作用是对光路进行折转。由于光沿直线传播，竖直放置的系统3和6可能无法直接发出或接收透光窗5中水平方向的光。利用分光系统2使得偏振光源6发出的偏振光能够从侧边的透光窗口5出射，同理，颗粒的反射光也通过分光系统2中折转之后再被接收成像系统3接收。
再参阅图1，在优选的实施例中，现场检测海底沉积物的偏振内窥装置还包括设置于所述外壳7上的固定支架4，用于将所述偏振内窥装置稳固置于海床上。
在优选的实施例中，现场检测海底沉积物的偏振内窥装置还包括通信装置(图未示)，用于将检测到的数据传输至远端的处理设备。
根据本发明的偏振内窥装置，通过密封外壳下端的沉积物钻插尖头，可将外壳插入海底的沉积物中，使得外壳内的偏振光源系统能够通过外壳上的透光窗，将偏振光照射到透光窗所到达位置对应的深度处的沉积物上，沉积物的散射光通过所述透光窗由外壳内的接收成像系统接收并成像，由此，该偏振内窥装置能够实现海底沉积物的现场原位内窥式检测，通过该装置进行原位探测区分沉积物成分，不仅可以不用取样检测，而且能逐层测量微塑料、泥沙颗粒、生物质等不同成分。使用本发明的现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，可以对沉积物进行原位的实时检测，产品结构简单，检测效率高，成本低，操作方便。
以下进一步描述本发明具体实施例。
图1为本发明一个具体实施例的结构示意图，偏振内窥装置包括沉积物钻插尖头1、分光系统2、接收成像系统3、固定支架4、透光窗5、偏振光源系统6、外壳7。
使用时，将偏振内窥装置下放到海底，由固定支架4固定位置，通过沉积物钻插尖头1，使偏振内窥装置的外壳7逐步插入沉积物中，对不同深度的沉积物进行原位检测。偏振内窥装置中可产生激光束。由偏振光源系统6发出的偏振光经过分光系统2后，从透光窗5出射，偏振光在侧方会聚，照射到沉积物颗粒上，沉积物面的散射光经过分光系统2和接收成像系统3，最后由CCD接收。通过偏振内窥装置可实现沉积物的现场原位测量。利用接收成像系统3的成像功能，可在海底实时检测沉积物，并传输数据至远端的计算机。经过数据传输，操作者可以实时在远端的计算机上观察到颗粒沉积物，并通过相应程序，对沉积物的成分进行区分和识别。采用偏振光探测方式，利用偏振光可以探测出沉积物的不同成分，对沉积物的成分实现分类检测。
该偏振内窥装置可实现对沉积物的层析探测。利用固定支架4将偏振内窥装置固定于海床上，底部的沉积物钻插尖头1可向下不断深入沉积物。随着探头的深入，使不同年代层的沉积物均得以探测，且能清楚得知该种沉积物的位置信息。该偏振内窥装置可以重复使用。利用外壳7上的清洁罩可以对透光窗进行清洁，除去黏土等物质。该偏振内窥装置结构稳固，不易损坏，可控伸缩，适用于对各种不同海域的沉积物进行探测。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (9)

1.一种现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，其特征在于，包括开设有透光窗的密封外壳、设置于所述外壳底部的沉积物钻插尖头、以及设置于所述外壳内的偏振光源系统和接收成像系统，其中，通过所述沉积物钻插尖头将所述外壳插入海底的沉积物中，使得所述偏振光源系统能够通过所述透光窗，将偏振光照射到所述透光窗所到达位置对应的深度处的沉积物上，所述沉积物的散射光通过所述透光窗由所述接收成像系统接收并成像，由此实现海底沉积物的现场原位内窥式检测。
2.如权利要求1所述的现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，其特征在于，所述偏振光源系统包括依次设置在光路上的光源、二分之一波片、四分之一波片和会聚透镜，所述光源发出的激光先后经过所述二分之一波片和所述四分之一波片后成为偏振光，再经过所述会聚透镜照射到沉积物上。
3.如权利要求1所述的现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，其特征在于，所述偏振光源系统包括依次设置在光路上的偏振光源和会聚透镜，所述偏振光源发出的偏振光经过所述会聚透镜照射到沉积物上。
4.如权利要求3所述的现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，其特征在于，所述偏振光源为可调模式偏振光源，可调节发出圆偏振光或线偏振光。
5.如权利要求1至4任一项所述的现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，其特征在于，所述接收成像系统包括依次设置在光路上的会聚透镜、针孔、准直透镜、柱透镜以及成像传感器，沉积物的散射光由所述会聚透镜进行会聚，经过所述针孔滤波，由所述准直透镜准直成平行光，再由所述柱透镜整形成面光，最后在所述成像传感器上成像。
6.如权利要求5所述的现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，其特征在于，所述成像传感器为CCD。
7.如权利要求1至4任一项所述的现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，其特征在于，还包括设置在所述外壳内的分光系统，所述偏振光源系统发出的光经过所述分光系统再通过所述透光窗射出，所述沉积物的散射光经过所述分光系统后由所述接收成像系统接收。
8.如权利要求1至4任一项所述的现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，其特征在于，还包括设置于所述外壳上的固定支架，用于将所述偏振内窥装置稳固置于海床上。
9.如权利要求1至8任一项所述的现场检测海底沉积物的偏振内窥装置，其特征在于，还包括通信装置，用于将检测到的数据传输至远端的处理设备。
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