一种激光水体衰减系数现场测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种激光水体衰减系数现场测量装置及方法，涉及激光成像技术领域，包括：防水容器，其设有出光口；激光器，设于所述防水容器中，其出口对准所述防水容器的出光口；滑轨，其设于待测水体中，所述滑轨上配有刻度尺，防水容器吊设于所述滑轨上；度量仪，其通过带有直线轴承的安装支架跨接在滑轨上，所述度量仪上设有用于悬挂并调节所属度量仪的调节机构；控制装置，其与所述度量仪及滑轨均信号连接，用于控制所述度量仪在滑轨位置，以及收集度量仪测量的数据。本发明专利技术的水体衰减系数现场测量方法具有测量装置简单可靠，测量操作简单，测量速度快，测量精度较高，对环境要求低的优点。

A Laser Field Measuring Device and Method for Water Attenuation Coefficient

The invention provides a laser water attenuation coefficient field measuring device and method, which relates to the technical field of laser imaging, including a waterproof container with light outlet; a laser, which is arranged in the waterproof container, whose outlet is directed at the light outlet of the waterproof container; a slide rail, which is arranged in the water body to be measured, is equipped with a scale, and a waterproof container is suspended on the slide rail. A measuring instrument is connected to a slide rail by a mounting bracket with a linear bearing. The measuring instrument is equipped with an adjusting mechanism for suspending and adjusting the measuring instrument to which it belongs; a control device is connected with the measuring instrument and the signal of the slide rail to control the position of the measuring instrument on the slide rail and collect the data measured by the measuring instrument. The field measurement method of water attenuation coefficient of the invention has the advantages of simple and reliable measuring device, simple measuring operation, fast measuring speed, high measuring accuracy and low environmental requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种激光水体衰减系数现场测量装置及方法
本专利技术涉及激光成像
，具体涉及一种激光水体衰减系数现场测量装置及方法。
技术介绍
在水下激光成像中，由于水介质具有强散射效应和快速吸收衰减的特性，因此影响水下激光成像的最大问题就是水体对激光的衰减系数。目前衰减系数的实验测量可分为前向接收和后向接收两种方式。前向接收是根据Lambert-Beer定律和发射光束经过一定距离后的透射能量反演水的衰减系数，主要有实验室测量和现场测量两种。其中实验室测量是指对从待测水体现场提取的水样品进行测量，该方法主要是在实验室室内进行，不适用于现场的测量；透射率仪是目前广泛应用的衰减系数现场测量工具，该仪器对光路的精确校准要求较高，且设备较为复杂，成本较高。而后向接收方式的测量是指对发射光束内不同距离处水体的后向散射信号进行接收，从而得到衰减系数，该方法由于其实验系统在机载平台上，使用成本较大，限制了一般实验条件下的水体衰减系数现场测量。目前各种水体衰减系数测量方法，主要存在实验系统复杂，现场校准困难和使用成本较大等问题，不利于外场实验时现场衰减系数的快速测量。为了在外场实验或应用中准确衡量激光成像设备在不同水质下的成像距离，亟需一种简便、准确、快速的激光水体衰减系数现场测量装置及方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种激光水体衰减系数现场测量装置及方法，。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种激光水体衰减系数现场测量装置，包括：防水容器，其设有出光口；激光器，所述激光器设于所述防水容器中，其出口对准所述防水容器的出光口；滑轨，其设于待测水体中，所述滑轨上配有刻度尺，所述防水容器吊设于所述滑轨上；度量仪，其通过带有直线轴承的安装支架跨接在滑轨上，所述度量仪上设有用于悬挂并调节所属度量仪的调节机构；控制装置，其与所述度量仪及滑轨均信号连接，用于控制所述度量仪在滑轨位置，以及收集度量仪测量的数据。在上述技术方案的基础上，所述激光器出口及防水容器出光口均采用高透玻璃并镀增透膜。在上述技术方案的基础上，所述激光器发射激光方向与滑轨延伸方向平行。在上述技术方案的基础上，所述调节机构包括固定部和调节部，所述固定部一端可调节的设置于所述滑轨上，另一端连接所述调节部；所述调节部与所述度量仪连接。在上述技术方案的基础上，所述固定部和调节部均与所述控制装置信号连接，所述固定部用于依据所述控制装置的控制信号调节其在滑轨上的位置；所述调节部用于依据所述控制装置的控制信号调节度量仪的角度。本专利技术还提供一种激光水体衰减系数现场测量方法，包括以下步骤：S1、将防水容器、度量仪挂装在滑轨上，并整体放置于待测量水体中，保证防水容器和度量仪的稳定性和深度满足测量要求；S2、连接控制装置和滑轨，确认滑轨能正常工作，打开激光器，调整防水容器的高度和激光器的角度，保证激光发射光路上无遮挡，使激光平行于水面发射出去，激光保持在水下；S3、打开度量仪，调整水下度量仪位置与方向，保证度量仪探头对准激光光路，使激光光斑处于探头接收面中心位置；S4、待激光器工作稳定后，在到测量路径上以固定距离选取滑轨刻度尺上对应的多个测量点，使用控制装置控制水下度量仪移动到滑轨刻度尺上各测量点位置，分别记录各位置对应的水下度量仪读数值；S5、统计每个测量距离L及该测量距离上的测量值E，通过曲线拟合得到水体衰减系数c。在上述技术方案的基础上，在步骤S5后，还包括：对待测水体多次测量，重复步骤S4、S5，去除测量异常的衰减系数，取多次衰减系数的平均值作为最终的测量结果。在上述技术方案的基础上，所述步骤S4具体包括：记录多次测量的光照度值E1、E2、E3…Em和与所述光照度值对应的距离值L1、L2、L3…Lm；使用公式E≈E0e-eL构建指数曲线，其中E为接收光照度，E0为发射光照度。在上述技术方案的基础上，使用插值法、磨光法或最小二乘法进行曲线拟合获得水体衰减系数c。还包括测量激光器的激光发散角度，并使用该角度修正换算光照度值。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术的激光水体衰减系数现场测量装置可通过直接多次测量激光传输光路上多个距离上的光照度(或光能量)，利用获得的一组光照度值和对应的一组距离值构建指数曲线，可较为方便快捷且实时的获得水体衰减系统，处理效率高。(2)本专利技术的激光水体衰减系数现场测量装置实现了通过较为简单的实验系统和较为简便的装置配合和搭建，达到了只有现有实验室条件下才能实现的光路的精确校准，同时避免了现有技术需搭设机载平台，成本较高的问题。(3)本专利技术的激光水体衰减系数现场测量方法通过直接多次测量激光传输光路上多个距离上的光照度(或光能量)，利用获得的一组光照度值和对应的一组距离值构建指数曲线，利用曲线拟合获得水体的衰减系数，并通过多次测量取平均来克服测量的随机性。相比传统的现场测量装置仅能使用直接测量的方式，实现了户外采用多次、多距离测量加曲线拟合的方式，可以利用大量的数据统计来消除背景光、水体扰动、水质变化等环境因素影响，获得较准确的水体衰减测量值。(4)本专利技术的激光水体衰减系数现场测量方法与常规水体衰减系数测量方法相比，可以不受水体深度、测量时间、测量环境等外部因素的影响，测量装置简单可靠，测量操作简单，测量速度快，测量精度较高，对环境要求低，非常适用于外场实验时现场衰减系数的快速测量。附图说明图1为本专利技术实施例中激光水体衰减系数测量装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例中激光水体衰减系数测量方法中进行曲线拟合的实例示意图；图中：1-激光器，2-度量仪，3-控制装置，4-防水容器，5-滑轨，6-待测水体。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。参见图1所示，本专利技术实施例提供一种激光水体衰减系数现场测量装置，包括：防水容器4，其设有出光口；本实施例中，防水容器4采用透明玻璃水缸实现；激光器1，激光器1设于防水容器4中，激光器1的激光出口对准所述防水容器4的出光口；滑轨5，其设于待测水体6中，滑轨5上配有刻度尺，所述防水容器4吊设于所述滑轨5上；度量仪2，其通过带有直线轴承的安装支架跨接在滑轨上，所述度量仪上设有用于悬挂并调节所属度量仪的调节机构；控制装置3，其与度量仪2及滑轨5均信号连接，用于控制所述度量仪2在滑轨位置，以及收集度量仪2测量的数据。在后续步骤中，控制装置3通过对度量仪2收集的测量数据进行曲线拟合，获得水体衰减系数，控制装置3可安放在待测水池外的地面上。在一个优选的实施例中，所述激光器1激光出口及防水容器4出光口均采用高透玻璃并镀增透膜，以确保激光穿透防水容器的光能损耗极低，提高后续激光水体衰减系数的计算精度。可将激光器发射激光方向设置为与滑轨延伸方向平行，保障测量结果的准确和测量方向和精度符合计算公式。在一个优选的实施例中，可设置所述调节机构包括固定部和调节部，所述固定部一端可调节的设置于所述滑轨上，另一端连接所述调节部；所述调节部与所述度量仪连接。固定部具体的，可将所述固定部和调节部均与控制装置信号连接，所述固定部用于依据所述控制装置的控制信号调节其在滑轨上的位置；所述调节部用于依据所述控制装置的控制信号调节度量仪的角度。在一个优选的实施例中，可在激光器内设置定向耦合器，激光器的光源部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光水体衰减系数现场测量装置，其特征在于，包括：防水容器，其设有出光口；激光器，所述激光器设于所述防水容器中，其出口对准所述防水容器的出光口；滑轨，其设于待测水体中，所述滑轨上配有刻度尺，所述防水容器吊设于所述滑轨上；度量仪，其通过带有直线轴承的安装支架跨接在滑轨上，所述度量仪上设有用于悬挂并调节所属度量仪的调节机构；控制装置，其与所述度量仪及滑轨均信号连接，用于控制所述度量仪在滑轨位置，以及收集度量仪测量的数据。

【技术特征摘要】
1.一种激光水体衰减系数现场测量装置，其特征在于，包括：防水容器，其设有出光口；激光器，所述激光器设于所述防水容器中，其出口对准所述防水容器的出光口；滑轨，其设于待测水体中，所述滑轨上配有刻度尺，所述防水容器吊设于所述滑轨上；度量仪，其通过带有直线轴承的安装支架跨接在滑轨上，所述度量仪上设有用于悬挂并调节所属度量仪的调节机构；控制装置，其与所述度量仪及滑轨均信号连接，用于控制所述度量仪在滑轨位置，以及收集度量仪测量的数据。2.如权利要求1所述的激光水体衰减系数现场测量装置，其特征在于：所述激光器出口及防水容器出光口均采用高透玻璃并镀增透膜。3.如权利要求1所述的激光水体衰减系数现场测量装置，其特征在于：所述激光器发射激光方向与滑轨延伸方向平行。4.如权利要求1所述的激光水体衰减系数现场测量装置，其特征在于：所述调节机构包括固定部和调节部，所述固定部一端可调节的设置于所述滑轨上，另一端连接所述调节部；所述调节部与所述度量仪连接。5.如权利要求4所述的激光水体衰减系数现场测量装置，其特征在于：所述固定部和调节部均与所述控制装置信号连接，所述固定部用于依据所述控制装置的控制信号调节其在滑轨上的位置；所述调节部用于依据所述控制装置的控制信号调节度量仪的角度。6.一种激光水体衰减系数现场测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将防水容器、度量仪挂装在滑轨上，并整体放置于待测量水体中，保证防水容器和度量仪的稳定性和深度满足测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张燕，史要涛，周一帆，徐旭阳，岳帅，易洪，
申请(专利权)人：湖北航天技术研究院总体设计所，
类型：发明
国别省市：湖北,42