水体多波长光学衰减系数测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水体多波长光学衰减系数测量装置及方法，该装置包括非单色光源、多波长探测单元、与多波长探测单元连接且带动多波长探测单元沿光路移动的移动机构以及与多波长探测单元连接的中央处理器，多波长探测单元包括至少一个探测器，探测器的探测面的尺寸大于所需探测的光斑的尺寸。非单色光源发出包括多个波长的光束，通过多波长探测单元测量每个波长的光束的初始辐照度值或初始单脉冲能量值或初始辐射功率值或初始信号强度值，接着通过移动机构带动多波长探测单元沿光路移动，针对每个波长测量不同距离对应的参数信息，将每个波长对应的多组测量数据进行拟合，分别得到每个波长对应的水体的光学衰减系数值。

Multi wavelength optical attenuation coefficient measuring device and method for water body

The invention discloses a multi-wavelength optical attenuation coefficient measuring device and method for water body, which comprises a Non-Monochromatic light source, a multi-wavelength detection unit, a moving mechanism connected with a multi-wavelength detection unit and driving a multi-wavelength detection unit to move along the optical path, and a central processing unit connected with a multi-wavelength detection unit, and a multi-wavelength detection unit. The measuring unit includes at least one detector whose detection surface is larger than the size of the spot to be detected. A Non-Monochromatic light source emits a beam consisting of multiple wavelengths. The initial irradiance value or the initial monopulse energy value or the initial radiation power value or the initial signal strength value of the beam at each wavelength are measured by a multi-wavelength detection unit. Then the multi-wavelength detection unit is driven along the light path by a moving mechanism to measure each wavelength. The optical attenuation coefficients of water at different wavelengths are obtained by fitting the measured data at different distances.

【技术实现步骤摘要】
水体多波长光学衰减系数测量装置及方法
本专利技术涉及水下光学探测领域，具体涉及一种水体多波长光学衰减系数测量装置及方法。
技术介绍
近年来，水下光学探测的应用越来越广泛，包括水体污染检测、激光探测等，而现有的水下光学成像设备没有通用的性能指标和标准，即不同的成像设备在不同水体条件下得到的最远成像距离结果之间没有关联性。目前，学术界通用的不同环境下衡量水下成像距离的性能参数则是采用光学衰减系数及其倍数来描述，然而由于水体对光的吸收和散射是很复杂的物理过程，准确测量水体的衰减系数非常困难。当前，国际上通常采用仪器来观测光能量在水中的衰减，以确定其对光的衰减系数，如Wetlabs生产的AC系列衰减系数测量仪，然而该产品的价格达到数百万，并不适用于商业应用。因此，提供一种成本低、使用方便、测量准确的水体光学衰减系数测量装置不仅非常必要，也是水下光学探测技术发展的重要环节。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的问题，提供了一种成本低、使用方便、测量准确的水体多波长光学衰减系数测量装置及方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种水体多波长光学衰减系数测量装置，包括非单色光源、多波长探测单元、与所述多波长探测单元连接且带动所述多波长探测单元沿光路移动的移动机构以及与所述多波长探测单元连接的中央处理器，所述多波长探测单元包括至少一个探测器，所述探测器的探测面的尺寸大于所需探测的光斑的尺寸。进一步的，所述非单色光源为宽光谱光源，所述宽光谱光源后方设有旋转滤光片，所述多波长探测单元包括一个多波长探测器。进一步的，所述多波长探测器为彩色CMOS相机或彩色CCD相机。进一步的，所述多波长探测器的前方设有可变光阑。进一步的，所述非单色光源为单色光源阵列，所述多波长探测单元包括与所述单色光源阵列中的单色光源一一对应的探测器组成的阵列。进一步的，所述探测器为照度计或功率计或能量计或单点探测器或面阵探测器。进一步的，所述探测器为照度计或功率计或能量计，每个所述探测器的前方依次设有光斑尺寸测量单元和可变光阑，所述光斑尺寸测量单元和可变光阑分别连接至中央处理器。进一步的，所述非单色光源包括单色光源阵列和合光器，所述多波长探测单元包括沿光路依次设置的旋转滤光片和一个探测器，所述探测器为多波长探测器。本专利技术还提供一种水体多波长光学衰减系数测量装置的测量方法，包括以下步骤：S1:非单色光源发出包括多个波长的光束，多波长探测单元分别测量每个波长的光斑的初始参数信息，该初始参数信息为初始辐照度值或初始单脉冲能量值或初始辐射功率值或初始信号强度值；S2:移动机构带动多波长探测单元沿光路移动一段距离，测量每个波长对应距离的辐照度值或单脉冲能量值或辐射功率值或信号强度值，并将该测量数据上传至中央处理器；S3：重复步骤S2若干次，针对每个波长得到不少于三组距离与辐照度值或能量值或辐射功率值或信号强度值的测量数据；S4：中央处理器针对每个波长的测量数据进行拟合，得到每个波长对应的水体的光学衰减系数值。进一步的，每个波长的光束在水体中的传播过程满足下列公式：Pl＝P0e-αl；Ml＝M0e-αl；Sl＝S0e-αl；脉冲光束在水体中的传播过程还满足：El＝E0e-αl；其中P0为光束的初始辐射功率值，l为距离，Pl为光束在水中传播距离l后对应的辐射功率值，α为衰减系数；M0为光束的初始辐照度值，Ml为光束在水中传播距离l后对应的辐照度值；S0为光束的初始信号强度值，Sl光束在水中传播距离l后对应的信号强度值；E0为光束的初始单脉冲能量值，El光束在水中传播距离l后对应的单脉冲能量值。本专利技术提供的水体多波长光学衰减系数测量装置及方法，该测量装置包括非单色光源、多波长探测单元、与所述多波长探测单元连接且带动所述多波长探测单元沿光路移动的移动机构以及与所述多波长探测单元连接的中央处理器，所述多波长探测单元包括至少一个探测器，所述探测器的探测面的尺寸大于所需探测的光斑的尺寸。非单色光源发出包括多个波长的光束，通过多波长探测单元测量每个波长的光束的初始辐照度值或初始单脉冲能量值或初始辐射功率值或初始信号强度值，接着通过移动机构带动多波长探测单元沿光路移动，针对每个波长测量不同距离对应的辐照度值或单脉冲能量值或辐射功率值或初始信号强度值，将每个波长对应的多组测量数据进行拟合，分别得到每个波长对应的水体的光学衰减系数值。本专利技术提供的多波长光学衰减系数测量装置可以为宽光谱成像提供多光谱衰减系数测量，适用于不同波段的成像系统，环境适应能力强。附图说明图1是本专利技术水体多波长光学衰减系数测量装置实施例1中一具体结构示意图；图2是本专利技术水体多波长光学衰减系数测量装置实施例2中一具体结构示意图；图3是本专利技术水体多波长光学衰减系数测量装置实施例3中一具体结构示意图。图中所示：10、非单色光源；110、单色光源；20、多波长探测单元；210、探测器；30、移动机构；40、中央处理器；50、旋转滤光片；60、可变光阑；710、分光器；720、面阵探测器；80、合光器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作详细描述。实施例1如图1所示，本专利技术提供了一种水体多波长光学衰减系数测量装置，包括非单色光源10、多波长探测单元20、与所述多波长探测单元20连接且带动所述多波长探测单元20沿光路移动的移动机构30以及与所述多波长探测单元20连接的中央处理器40，所述多波长探测单元20包括至少一个探测器210，所述探测器210的探测面的尺寸大于所需探测的光斑的尺寸。优选的，所述非单色光源10为宽光谱光源，所述宽光谱光源后方设有旋转滤光片50，所述多波长探测单元包括一个多波长探测器。具体的，该宽光谱光源发出包括多个波长的光束，多波长探测单元20中仅有一个可以探测多个波长的探测器210，即多波长探测器，该多波长探测器可以是彩色CMOS相机或彩色CCD相机，也可以采用其他可以同时获得光谱信息和光强度信息的仪器，由于每次探测只针对一个波长的光束，因此需要采用旋转滤光片50进行滤光，旋转滤光片50上包括依次排列的多种滤光片，每种滤光片仅让一个波长的光束通过，且设定旋转滤光片50每隔一定时间旋转一定角度，保证每个波长的光束的探测时间，多波长探测器针对每个波长的测量数据分别进行处理，得到每个波长对应的水体的光学衰减系数。该宽光谱光源可以是连续光源或脉冲光源，且宽光谱光源需采用高准直度光源，准直度达到mrad量级，尽量接近平行光，以免传播一定距离后光斑面积大于探测器210的探测面，导致探测不准确。优选的，所述多波长探测器的前方设有可变光阑60。具体的，若多波长探测器的探测面的尺寸大于光斑的尺寸，则容易接收到其他的散射光，因此，在多波长探测器的前方设置可变光阑60，探测时首先将可变光阑60的通光孔设为最大，通过面阵探测器测量光斑的尺寸，接着使可变光阑60的通光孔与光斑的尺寸一致，通过多波长探测器重新测量光斑的信号强度。需要说明的是，文中的前方是指沿光路的前方，后方是指沿光路的后方。本专利技术还提供一种上述的水体多波长光学衰减系数测量装置的测量方法，包括以下步骤：S1:非单色光源10发出包括多个波长的光束，多波长探测单元20分别测量每个波长的光斑的初始参数信息，该初始参数信息为初始辐照度值或初始单脉冲能量值或初始本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水体多波长光学衰减系数测量装置，其特征在于，包括非单色光源、多波长探测单元、与所述多波长探测单元连接且带动所述多波长探测单元沿光路移动的移动机构以及与所述多波长探测单元连接的中央处理器，所述多波长探测单元包括至少一个探测器，所述探测器的探测面的尺寸大于所需探测的光斑的尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种水体多波长光学衰减系数测量装置，其特征在于，包括非单色光源、多波长探测单元、与所述多波长探测单元连接且带动所述多波长探测单元沿光路移动的移动机构以及与所述多波长探测单元连接的中央处理器，所述多波长探测单元包括至少一个探测器，所述探测器的探测面的尺寸大于所需探测的光斑的尺寸。2.根据权利要求1所述的水体多波长光学衰减系数测量装置，其特征在于，所述非单色光源为宽光谱光源，所述宽光谱光源后方设有旋转滤光片，所述多波长探测单元包括一个多波长探测器。3.根据权利要求2所述的水体多波长光学衰减系数测量装置，其特征在于，所述多波长探测器为彩色CMOS相机或彩色CCD相机。4.根据权利要求3所述的水体多波长光学衰减系数测量装置，其特征在于，所述多波长探测器的前方设有可变光阑。5.根据权利要求1所述的水体多波长光学衰减系数测量装置，其特征在于，所述非单色光源为单色光源阵列，所述多波长探测单元包括与所述单色光源阵列中的单色光源一一对应的探测器组成的阵列。6.根据权利要求5所述的水体多波长光学衰减系数测量装置，其特征在于，所述探测器为照度计或功率计或能量计或单点探测器或面阵探测器。7.根据权利要求5所述的水体多波长光学衰减系数测量装置，其特征在于，所述探测器为照度计或功率计或能量计，每个所述探测器的前方依次设有光斑尺寸测量单元和可变光阑，所述光斑尺寸测量单元和可变光阑分别连接至中央处理器。8.根据权利要求1所述的水体多波长光学衰减系数测量装置，其特征在于，所述非...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄帆，韩捷飞，孙立颖，邹诚，蔡栋，初宁，
申请(专利权)人：苏州蛟视智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32