[發明專利]一種基于自然光的水體吸收系數測量裝置

有效

• 申請號: 202210279222.6
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114397253B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 胡連波;陳樹果
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27;B08B1/00
• 代理公司: 青島聯智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 王艷珍

本發明公開了一種基于自然光的水體吸收系數測量裝置，屬于可見光光譜的測定及應用技術領域，包括：外殼，向下平面輻照度采集模塊和向上平面輻照度采集模塊；標量輻照度采集模塊；光學電子快門；色散器件；光電探測器；壓力傳感器；數據處理和存儲模塊。其中，光學電子快門、色散器件、光電探測器、數據處理和存儲模塊分別設置在腔體中。本發明基于海中自然光場變化和輻射傳輸方程計算水體吸收系數，不需內置光源和外置真空泵，具有低功耗、免生物附著、成本低、重量輕、無需定期校準、易于海中長期觀測等優點。

技術領域

本發明屬于水體測量技術領域，尤其涉及一種基于自然光的水體吸收系數測量裝置。

背景技術

海水吸收系數是海洋光學中的一個最基本參數，在海洋光學、水下視覺和衛星水色遙感中都是廣泛的應用。目前國際主流的水體吸收系數測量儀是美國SeaBird公司生產的吸收衰減測量儀（ACS）和德國TirOS公司生產的在線高光譜吸收儀（OSCAR），兩者均配有內置光源為主動式吸收測量儀。其中，ACS采用反射管式吸收測量法，反射管為10或25cm全反射圓柱形腔體；OSCAR采用積分球式吸收測量法，積分球為半徑為4cm涂有高反射涂層的球形腔體。現場測量時，ACS和OSCAR通常需要外置真空泵，一方面通過使腔內水體快速流動消除腔體內氣泡（氣泡對吸收測量影響非常大），另一方面使腔外水體盡快進入腔內從而測量不同深度剖面吸收系數。雖然ACS和OSCAR在現場船基大面站測量中被廣泛應用，但兩者均難以布放在浮標、潛標以及其他海上固定或移動平臺（CN201811475281）進行長期觀測。其主要原因為（1）功耗高，ACS和OSCAR均配有光源和真空泵需要消耗大量電源；（2）易生物附著，ACS和OSCAR具為封閉性內腔結構，在海中長期工作易被生物附著，且難以去除。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種基于自然光的水體吸收系數測量裝置，解決了現有技術功耗高的技術問題。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于自然光的水體吸收系數測量裝置，包括：

外殼，其內部形成有密閉的腔體；

平面輻照度采集模塊兩個，分別為向下平面輻照度采集模塊和向上平面輻照度采集模塊；

向下平面輻照度采集模塊固定在所述外殼的頂部，且向下平面輻照度采集模塊的光接收面朝向上方設置，用于接收向下的自然光通量；

向上平面輻照度采集模塊固定在所述外殼的底部，且向上平面輻照度采集模塊的光接收面朝向下方設置，用于接收向上的自然光通量；

標量輻照度采集模塊，其固定在所述外殼的外表面，用于接收自然光球面通量；

光學電子快門，其分別與所述向下平面輻照度采集模塊、向上平面輻照度采集模塊以及標量輻照度采集模塊通過光纖連接，用于選通所述向下平面輻照度采集模塊、向上平面輻照度采集模塊以及標量輻照度采集模塊傳輸的自然光；

色散器件，其與所述光學電子快門連接，用于對輸入的自然光進行分光；

光電探測器，其用于接收所述色散器件輸出的分光信號，并進行光電轉換；

壓力傳感器，其固定在所述外殼的外側，用于檢測壓力；

數據處理模塊，其接收所述光電探測器發送的電信號以及壓力信號，分別計算出向下光譜平面輻照度、向上光譜平面輻照度、光譜標量輻照度以及深度值，并根據所述向下光譜平面輻照度、向上光譜平面輻照度、光譜標量輻照度以及深度值計算水體吸收系數；

存儲模塊，其用于存儲數據；

所述光學電子快門、色散器件、光電探測器、數據處理模塊以及存儲模塊分別設置在所述腔體中。

本發明的一些實施例中，所述平面輻照度采集模塊包括：