CN115753682A - 一种具有温度自解耦功能的海水盐度测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海水盐度测量相关技术领域，提出了一种温度自解耦式海水盐度测量装置及方法，包括：光发射装置、第一分束镜、处理单元；所述光发射装置用于向所述第一分束镜发射光束；所述第一分束镜用于将所述光发射装置发射的光束分为第一光束和第二光束；所述第一光束通过测量通道后的光束与所述第二光束通过参考通道后的光束形成干涉光束；所述处理单位用于解调所形成的干涉光束的相位差得到海水盐度。在海水盐度测量中干涉信号的相位差仅与海水盐度相关，提高了海水盐度测量的精度。
Description
技术领域
本发明属于海水盐度测量相关技术领域，尤其涉及一种具有温度自解耦功能的海水盐度测量装置及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
盐度是表征海水中无机物含量的指标，高精度海水盐度原位测量技术在海洋环境监测预报领域有着广泛的应用，包括物理海洋观测、海水养殖、水声学、海洋学等方面研究有着迫切的需求。海水盐度数据通常用来研究物理海洋剖面、海洋生态环境、海水声学特征、海洋运动规律，并建立评估模型，而海水盐度数据精度决定了模型预测准确性和适用范围。目前，应用于海水盐度测量的装置(传感器)包括电学和光学两大类，电学盐度测量装置因电极易受到海水环境的化学腐蚀、传输信号易受电磁干扰等因素影响；光学(包括光纤)盐度测量装置虽然可以避免化学腐蚀和电磁干扰等因素的影响，但仍无法解决原位测量过程中的温度耦合影响。当前为了解决海水温度对盐度测量过程中温度耦合带来的精度降低问题，通常采用温度补偿和多次校准的方式对海水盐度测量结果进行补偿，这无疑需增加额外的温度传感器和布放成本，且盐度测量的精度受限于温度传感器的精度和补偿算法精度。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种具有温度自解耦功能的海水盐度测量装置及方法，无需额外添加温度传感器对海水盐度测量过程中进行补偿和校准算法，提高了海水盐度测量的精度。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：一种温度自解耦式海水盐度测量装置，光发射装置、第一分束镜、处理单元；
所述光发射装置用于向所述第一分束镜发射光束；
所述第一分束镜镜用于将所述光发射装置发射的光束分为第一光束和第二光束；
所述第一光束通过测量通道后的光束与所述第二光束通过参考通道后的光束形成干涉光束；
所述处理单位用于解调所形成的干涉光束的相位差，经过反演得到海水盐度。
进一步的，还包括第一光学窗口和第二光学窗口，所述第一光学窗口和所述第二光学窗口相对设置，形成伸长的至少具有一个开口的测量通道，所述第一光束经第一光学窗口进入所述测量通道，经第二光学窗口穿出所述测量通道。
进一步的，还包括第三光学窗口和第四光学窗口，所述第三光学窗口和所述第四光学窗口相对设置，形成封闭的伸长的参考通道，所述第二光束经第三光学窗口进入所述参考通道，经第四光学窗口穿出所述参考通道。
进一步的，还包括第一反射镜，所述第二光束经所述第一反射镜90°反射后进入参考通道。
进一步的，还包括第三反射镜和第四反射镜，所述第三反射镜用于将经过测量通道的第一光束原路反射至第一分束镜；第三反射镜用于将经过参考通道的第二光束原路反射至第一反光镜，经第一反射镜90°反射至第一分束镜。
进一步的，所述第三反射镜设置在所述第二光学窗口位于所述测量通道延伸方向的一侧；所述第四反射镜设置在所述第四光学窗口位于所述参考通道延伸方向的一侧。
进一步的，所述测量通道内充满待测海水，所述参考通道内充满标准海水。
进一步的，还包括两个λ/2波片，两个λ/2波片分别设置在所述第一分束镜两个出光面位置，并成90°设置，第一光束经过第一λ/2波片进入测量通道，第二光束经过第二λ/2波片后被第一反射镜反射后进入参考通道。
进一步的，还包括第二反射镜和探测器，所述第二反射镜设置在所述探测器入口端，用于将所述干涉光束进行90°折返进入所述探测器。
本发明的第二个方面提供一种温度自解耦式海水盐度测量方法，包括：
获取经分束镜分为的第一光束和第二光束；
将第一光束经过充满待测海水的测量通道后原路反射至第一分束镜；
将第二光束经过充满标准海水的参考通道后原路反射至第一分束镜；
解调反射至分束镜的两路光束所形成的干涉光束的相位差，反演表征待测海水的盐度。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明所提出的测量装置在海水盐度测量中，无需额外添加温度传感器对海水盐度测量过程中进行补偿和校准算法，可显著降低系统成本和复杂度。
在本发明中，在海水盐度测量中干涉信号的相位差仅与海水盐度相关，提高了海水盐度测量的精度。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例一中测量装置示意图；
图2是本发明实施例二中测量原理示意图；
图3是某海域海水盐度连续测量数据示意图。
图中，1、激光器，2、第一分束镜，3、λ/2波片，，4、第一光学窗口，5、测量通道，6、第二光学窗口，7、第一反射镜，8、第三光学窗口，9、参考通道，10、第四光学窗口，11、第二反射镜，12、探测器，13、处理电路，14、第三反射镜，15、第四反射镜，16、入射光，17、待测海水，18、标准海水，19、干涉光束，20、第一光束，21、第二光束
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例一
如图1所示，本实施例公开了一种温度自解耦式海水盐度测量装置，包括：光发射装置、第一分束镜2、处理单元；
所述光发射装置用于向所述第一分束镜2发射光束；
所述第一分束镜镜2用于将所述光发射装置发射的光束分为第一光束20和第二光束21；
所述第一光束20通过测量通道5后的光束与所述第二光束21通过参考通道9后的光束在第一分束镜2的分光界面相遇，形成干涉光束19；
所述处理单元用于解调所形成的干涉光束19的相位差，并反演得到海水盐度。
在本实施例中，光发射装置采用激光器1。
在本实施例中，还包括第一光学窗口4和第二光学窗口6，第一光学窗口4和第二光学窗口6相对形成伸长的至少具有一个开口的测量通道5，第一光束20经第一光学窗口4进入测量通道5，经第二光学窗口6穿出，被第三反射镜14反射回测量通道5。
还包括第三光学窗口8和第四光学窗口10，第三光学窗口8和第四光学窗口10相对形成伸长的密闭空间的参考通道9，第二光束21经第一反射镜7反射转折90°经第三光学窗口8进入参考通道9，经第四光学窗口10穿出，被第四反射镜15反射回参考通道9。
还包括λ/2波片3，两片λ/2波片3分别安置在第一分束镜2的两个出光面上，并成90°配置，λ/2波片3对第一光束20和第二光束21进行相位整形。
还包括第二反射镜11，第二反射镜11安置在探测器12的前端，对干涉光束19进行90°转折，干涉光束19进入第二反射镜11反射进入探测器12。
可以理解的是，分别被第三反射镜14和第四反射镜15反射的第一光束20和第二光束21沿着原路径返回，并在第一分束镜2相遇产生干涉光束19。
可以理解的是，激光器1的轴线、第一分束镜2的一个出光轴、λ/2波片3的光轴、测量通道5的轴线共线，且激光器1的出光面与第一分束镜2的一个出光面、λ/2波片3的出光面、第一光学窗口1、第二光学窗口2彼此平行。
可以理解的是，激光器1的轴线、第一分束镜2的90°出光轴、λ/2波片3的光轴共线，第三光学窗口8、参考通道9、第四光学窗口10、第四反射镜15的光轴共线；第一反射镜7的反射面与第一分束镜2的90°出光轴和参考通道9的光轴均成45°布置；且激光器1的出光面与第一分束镜2的一个出光面、λ/2波片3的出光面、第一光学窗口1、第二光学窗口2彼此平行；第三光学窗口8、第四光学窗口10和第四反射镜15平行布置。
可以理解的是，第二反射镜11的反射面与第一分束镜2的90°出光轴、探测器12的入射光轴均成45°夹角。
在本实例中，还包括处理电路13，处理电路13用于将探测器12输出的模拟信号进行滤波、放大，并转化为数字信号，同时板载微处理器运行相位解调算法和盐度反演算法，存储海水盐度测量值和RS485通讯。
在本实施中，入射光16由第一分束镜2分成两束，一束光转向进入测量通道5形成第一光束20，另一束光经由第一反射镜7转向参考通道9，形成第二光束21，两束光在通道的末端分别由第三反射镜14和第四反射镜15原路折返，两束反射光在第一分束镜2的分光面相遇，并形成干涉光束19，在干涉光束19中的相位差是由测量通道5和参考通道9中的填充液体折射率分别对两束光调制差异所致，通过解调干涉光束19的相位差实现海水折射率的测量，进而反演待测海水17的盐度。
如图3所示，为使用该测量装置在某海域进行长期原位观测数据。
实施例二
本实施例提供一种温度自解耦式海水盐度测量方法，，包括：
获取经分束镜分为的第一光束和第二光束；
将第一光束经过充满待测海水的测量通道后原路反射至分束镜；
将第二光束经过充满标准海水的参考通道后原路反射至分束镜；
解调反射至分束镜的两路光路所形成的干涉光束的相位差，得到待测海水的盐度。
如图2所示，在海水原位盐度测量过程中，海水的温度变化和盐度变化都会引起待测海水17折射率的变化，因而造成海水盐度测量过程中的温度耦合效应，为了实现海水盐度测量过程中的温度自解耦，分别在测量通道5和参考通道9中填充待测海水17和标准海水18，由于温度对待测海水17和标准海水18的折射率影响一致且同步，因此，在进行海水盐度测量过程中，第一光束20的折射率同时受海水盐度和温度的影响，第二光束21只受海水温度的影响，且温度对两束光折射率的影响同步且一致，因此干涉光束19的相位差只受海水盐度的影响，进而实现海水盐度测量过程中温度的自解耦。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种温度自解耦式海水盐度测量装置，其特征在于，包括：光发射装置、第一分束镜、处理单元；
所述光发射装置用于向所述第一分束镜发射光束；
所述第一分束镜用于将所述光发射装置发射的光束分为第一光束和第二光束；
所述第一光束通过测量通道后的光束与所述第二光束通过参考通道后的光束形成干涉光束；
所述处理单位用于解调所形成的干涉光束的相位差，经过反演得到海水盐度。
2.如权利要求1所述的一种温度自解耦式海水盐度测量装置，其特征在于，还包括第一光学窗口和第二光学窗口，所述第一光学窗口和所述第二光学窗口相对设置，形成伸长的至少具有一个开口的测量通道，所述第一光束经第一光学窗口进入所述测量通道，经第二光学窗口穿出所述测量通道。
3.如权利要求1所述的一种温度自解耦式海水盐度测量装置，其特征在于，还包括第三光学窗口和第四光学窗口，所述第三光学窗口和所述第四光学窗口相对设置，形成封闭的伸长的参考通道，所述第二光束经第三光学窗口进入所述参考通道，经第四光学窗口穿出所述参考通道。
4.如权利要求1所述的一种温度自解耦式海水盐度测量装置，其特征在于，还包括第一反射镜，所述第二光束经所述第一反射镜90°反射后进入参考通道。
5.如权利要求4所述的一种温度自解耦式海水盐度测量系统，其特征在于，还包括第三反射镜和第四反射镜，所述第三反射镜用于将经过测量通道的第一光束原路反射至第一分束镜；第三反射镜用于将经过参考通道的第二光束原路反射至第一反光镜，经第一反射镜90°反射至第一分束镜。
6.如权利要求5所述的一种温度自解耦式海水盐度测量系统，其特征在于，所述第三反射镜设置在所述第二光学窗口位于所述测量通道延伸方向的一侧；所述第四反射镜设置在所述第四光学窗口位于所述参考通道延伸方向的一侧。
7.如权利要求1所述的一种温度自解耦式海水盐度测量系统，其特征在于，所述测量通道内充满待测海水，所述参考通道内充满标准海水。
8.如权利要求4所述的一种温度自解耦式海水盐度测量系统，其特征在于，还包括两个λ/2波片，两个λ/2波片分别设置在所述第一分束镜两个出光面位置，并成90°设置，第一光束经过第一λ/2波片进入测量通道，第二光束经过第二λ/2波片后被第一反射镜反射后进入参考通道。
9.如权利要求1所述的一种温度自解耦式海水盐度测量系统，其特征在于，还包括第二反射镜和探测器，所述第二反射镜设置在所述探测器入口端，用于将所述干涉光束进行90°折返进入所述探测器。
10.一种温度自解耦式海水盐度测量方法，其特征在于，包括：
获取经分束镜分为的第一光束和第二光束；
将第一光束经过充满待测海水的测量通道后原路反射至第一分束镜；
将第二光束经过充满标准海水的参考通道后原路反射至第一分束镜；
解调反射至分束镜的两路光束所形成的干涉光束的相位差，反演表征待测海水的盐度。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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