CN201094027Y - 船用海面微结构测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种船用海面微结构测量装置，包括由光源与测量编码器组成的水下光学装置，由CCD相机和计算机组成的信息传输处理系统，其特征是还包括与水下光学装置连接的升降装置，该升降装置的导轨焊接并紧贴在导轨架上，经由导轨架上部的电机牵引设置在导轨架两端上的升降链，导轨架通过两个平行卡环连接于基座，基座垂直固定在船甲板上。测量编码器包括有镜筒两端设有的玻璃窗口，菲涅尔透镜相邻于上端玻璃窗口的下部，颜色编码片紧贴于下端玻璃窗口上，而且菲涅尔透镜、颜色编码片、菲涅尔透镜在同一光轴上。本实用新型适用船只航行和作业两种需要，能适时监控大尺度海面坡度场，空间分辨率为0.5mm，斜率测量精度高达±1°。

Description

船用海面微结构测量装置

技术领域

本实用新型是一中使用光学编码方法，实时测量海面短波几何和动力学特征及其时空分布等海面微结构三维特征参量的船用海面微结构测量装置。

背景技术

由于海面的微尺度运动在动力海洋学，海-气相互作用和遥感海洋学等领域的研究和应用具有重要意义，自上世纪初起，国际上就开始进行微结构测量仪器的研制。主要有：Cox建立了光强编码技术，并研制了专门测量海面微结构的光学装置，测量短风波波面斜率及其时间序列。但它以光强进行计算斜率的方法存在如下问题：波浪的起伏引入了光程差，导致光强发生变化，斜率大时，光强于斜率间不再是现行的对应关系，散射光强的影响难以克服。并且以日光作为光源直接拍摄太阳耀斑对环境条件要求很高，通常是在晴空的情况下，而且光照要相对均匀。

对于扫描式激光坡度测量仪SLSG(Scanning Laser Slope Gauge)，它设计了立体观测系统，该测量装置侧重于测量海面短风波的斜率及其时序变化，但立体观测需要两个以上的观测装置精确的定位，这在海上试验很难得到保障。

Xin Zhang和Cox提出了颜色编码技术，设计研制风短波斜率测量仪，它是通过颜色编码以不同的色光的识别技术，依据被编码的色光在一个特殊光学系统和水体环境中的几何光学分布测量海面短波的斜率，实现海面二维波浪结构的观测。其装置的技术指观测面积：直径166.4mm，波的空间分辨率：0.6mm，斜率的测量精度：5°。其缺点是现场测量方式上采用双体船自容测量模式，无法依附于常规海洋作业船只进行海上作业，同时无法实时监控观测图像质量。

发明内容

本实用新型目的是提供一种船用海面微结构测量装置，以克服其原有技术的不足。

本实用新型在已有Xin Zhang的颜色编码原理，与CCD相机和计算机组成的信息传输处理系统通过软件对海面坡度场监控技术的基础上，考虑到在海洋科考和测绘船舶等多种船只的现场作业进行海面微结构的高精度测量，而专门设计的升降装置和水下光学装置。

本实用新型包括由光源和测量编码器组成且经由光学窗口玻璃密封的水下光学装置，由CCD相机和计算机组成的信息传输处理系统，其特征是它还包括与水下光学装置连接的、另一端固定在船舷的基座上的升降装置；所述的升降装置上的导轨焊接并紧贴在导轨架上，经由导轨架上部的电机牵引设置在导轨架两端上的升降链，导轨架通过两个平行卡环连接于基座，基座垂直固定在船甲板上。

所述的测量编码器包括有镜筒端设有的玻璃窗口，菲涅尔透镜相邻于上端玻璃窗口的下部，颜色编码片紧贴于下端玻璃窗口上，颜色编码片位于菲涅尔透镜的焦面上，光源、颜色编码片、菲涅尔透镜在同一光轴上(以下称之为系统光轴)。

本实用新型可适用于多种船只进行高精度和大尺度海面微结构的测量，其刚性结构良好，满足精密光学系统的要求，并方便实现在各种船舷结构安装。

本实用新型有升降装置，水下光学装置在快速航行时能迅速提升而置于水面以上，以避免波浪的冲击。测量时将水下光学装置延伸到海面以下。这种可升降装置要求光机系统设计有严格的一致性，并且始终对准光轴。当遇到较大风浪时，将导轨升起，即应用船上的吊车将其吊起并放到甲板上。可在2级海况下使用，3级海况下收放。

附图说明

图1：本实用新型的总体结构示意图。

图2：本实用新型的水下光学装置和升降装置的侧视图。

图3：本实用新型的测量编码器结构示意图。

其中：1.光源  2.测量编码器  3.升降链  4.导轨  5.反射镜  6.电机  7.变速器8.基座  9.CCD相机  10.计算机  11.船甲板  12.海平面  13.导轨架  14.卡环15.活动卡环  16.菲涅尔透镜  17.窗口玻璃  18.颜色编码片  19.镜筒  20.升降装置。

具体实施方式

如图1，如图3，本实用新型包括由光源1和测量编码器2组成且经由光学窗口玻璃17密封的水下光学装置，由CCD相机9和计算机10组成的信息传输处理系统，其特征是它还包括与水下光学装置连接的升降装置。

如图1，如图2，该升降装置固定在船舷的基座8上，导轨架13通过两个平行的、位于船舷挡板上下缘的卡环14连接于基座8，卡环14可以打开和锁紧，分别对应导轨架13的收放和工作状态。基座8采用电焊方式固定在船甲板11上。升降链3固定在导轨架13上，并且通过电机6牵引运动。导轨4焊接在导轨架13上。在导轨架13上端固定有电机6和变速器7。而且在技术上应该保证导轨4的导向精度、定位精度、精度保持性、运动平稳性和抗震性要满足3级海况的工作要求。

其中的测量编码器2有镜筒19两端设有的玻璃窗口17，菲涅尔透镜16相邻于上端玻璃窗口17的下部，颜色编码片18紧贴于下端玻璃窗口17，颜色编码片18位于菲涅尔透镜16的焦面上，光源1、颜色编码片18、菲涅尔透镜16在同一光轴上(以下称之为系统光轴)。上述导轨架13是方钢结构，抗弯力强，导轨4为精密滑轨；

选用短弧脉冲氙灯的光源1和测量编码器2组成由光学窗口玻璃密封的水下光学装置，并通过导轨架13上的螺栓固定在导轨4的底部，整套装置要求颜色编码片18的安装面、菲涅尔透镜16的安装面和光学窗口玻璃的安装面要保持严格平行，通过菲涅尔透镜16的微调机构调节，使颜色编码片18位于菲涅尔透镜16的焦平面上。反射镜5安装在导轨架13的顶部，其角度可通过镜子后方的活动卡环15进行调整和固定。反射镜5的位置使CCD相机9准确接受海面被水下光学装置照亮区域的影像，并实时传入计算机10。

上述CCD相机9采用的SONY公司的DXC950P，通过变焦观测视场大小发生变化，上述菲涅尔透镜16选用美国的Edmund Scientific公司的F43920，其参数为：有效口径628×628mm，焦距767mm，刻槽数2条/mm。

本实用新型的毛细重力波的最小测量波长即波的空间分辨率为0.5mm。通过设置编码图像单元的尺寸范围0-200mm，确定菲涅尔透镜的焦距f＝765mm及焦距最大误差(Δf/f)_max＝0.05，来提高斜率的测量精度±1°，扩大观测面积为：400mm×300mm。

使用时，当升降装置在通电后，电机6带动变速箱7转动，带动升降链3工作，连在导轨4上的测量编码器2随之升降，光学装置下降到水下合适位置时，电机6停机；给光源1通电，光源1均匀照明其上方的颜色编码片18，经二维编码的各彩色光线菲涅尔透镜16均以平行光出射，再经过波浪折射后将垂直向上方的光线由设置在导轨架13顶端反射镜5反射入CCD相机9，由CCD相机9传入计算机10进行数据处理。

Claims (2)

1.一种船用海面微结构测量装置，包括由光源(1)和测量编码器(2)组成且经由光学窗口玻璃(17)密封的水下光学装置，由CCD相机(9)和计算机(10)组成的信息传输处理系统，其特征是它还包括与水下光学装置连接的、另一端固定在船舷的基座(8)上的升降装置(20)，所述的升降装置(20)上的导轨(4)焊接并紧贴在导轨架(13)上，经由导轨架(13)上部的电机(6)牵引设置在导轨架(13)两端上的升降链(3)，导轨架(13)通过两个平行卡环(14)连接于基座(8)，基座(8)垂直固定在船甲板(11)上。

2.如权利要求1所述的船用海面微结构测量装置，其特征是测量编码器(2)，包括有镜筒(19)与两端设有的玻璃窗口(17)，其内的菲涅尔透镜(16)相邻于上端玻璃窗口(17)的下部，颜色编码片(18)紧贴于下端玻璃窗口(17)上，颜色编码片(18)位于菲涅尔透镜(16)的焦面上，光源(1)、颜色编码片(18)、菲涅尔透镜(16)在同一光轴上

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