本发明专利技术公开了一种反射移动型水体光学衰减系数测量装置，其中：包括水槽、激光器、探测器、两组光学反射阵列；还包括驱动系统，调节第一光学反射阵列与第二光学反射阵列之间的相对距离；激光器发射激光穿过第一透明窗口进入水体样品测试区，在第一光学反射阵列和第二光学反射阵列之间来回反射，最后穿过第二透明窗口后的光斑被探测器的探测面完全接收。通过两组光学反射阵列改变激光束传播方向，使来回反射，等效增长了样品水体内部的激光束传播距离，并且可通过驱动系统移动光学反射阵列改变传播距离，获取多组数据进行拟合计算，从而消除了其他参数变量对测量结果的影响，保证了光学衰减系数值的准确性。学衰减系数值的准确性。学衰减系数值的准确性。
【技术实现步骤摘要】
一种反射移动型水体光学衰减系数测量装置及方法
[0001]本专利技术属于水下光学探测
，具体涉及一种反射移动型水体光学衰减系数测量装置及方法。
技术介绍
[0002]近年来，随着技术的发展，水下无线光通信手段逐渐兴起。水下无线光通信手段使用蓝绿光波段信号传输信息，具有带宽大、速率高、设备体积小等优点，但受限于水体环境多样性，水下无线光通信系统在不同水体条件下得到的最远水下光通信距离都有所不同，且通信距离往往不大。目前，学术界通用的不同环境下衡量水下光通信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。
[0003]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AC系列衰减系数测量仪，然而该产品的价格达到数百万，且操作复杂，不适于进行大规模的商业以及军事应用。因此，提供一种成本低、体积小、操作简单、测量准确的水体光学衰减系数测量装置是当前水下无线光通信技术发展的一个重要环节。
技术实现思路
[0004]针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本专利技术提供一种成本低、体积小、操作简单、测量准确的水体光学衰减系数测量装置及方法。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种反射移动型水体光学衰减系数测量装置，其中：包括设于水槽外的激光器和探测器，设于水槽内的相对的第一光学反射阵列和第二光学反射阵列，以及开设于水槽壁上的若干透明窗口；
[0006]还包括驱动系统，调节第一光学反射阵列与第二光学反射阵列之间的相对距离；
[0007]激光器发射激光穿过第一透明窗口进入水体样品测试区，在第一光学反射阵列和第二光学反射阵列之间来回反射，最后穿过第二透明窗口后的光斑被探测器的探测面完全接收。
[0008]进一步优选地，所述第一光学反射阵列被固定，所述驱动系统调节第二光学反射阵列的位置。
[0009]进一步优选地，所述第二光学反射阵列被固定，所述驱动系统调节第一光学反射阵列的位置。
[0010]进一步优选地，激光在所述第一光学反射阵列与第二光学反射阵列之间形成对光路的多次180
°
反向。
[0011]进一步优选地，所述第一光学反射阵列与第二光学反射阵列均具有连续的多个呈直角的相邻反射界面。
[0012]进一步优选地，所述驱动系统具有距离读数装置，用于实时读取显示第一光学反射阵列与第二光学反射阵列之间的相对距离。
[0013]进一步优选地，还包括多个光通道吸收壁；
[0014]来回反射的光路中，每对折返的两个平行光线之间夹设一个光通道吸收壁。
[0015]为实现上述目的，按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种反射移动型水体光学衰减系数测量装置的测量方法，其中，包括如下步骤：
[0016]通过驱动系统的驱动调节第一光学反射阵列与第二光学反射阵列之间的相对距离d，测量不同距离所反应的水体内等效传播光程L下，探测器所探测的不同光功率P，并针对得到的多组P
‑
L测量数据进行拟合，从而计算得到水体的光学衰减系数C的值。
[0017]为实现上述目的，按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种反射移动型水体光学衰减系数测量装置的测量方法，其中，包括如下步骤：
[0018]S1、用驱动系统将第二全反射阵列和第一全反射阵列调整到初始间距，记录为距离d0；
[0019]S2、在水槽中注入样品水体，打开激光器，其发射的激光束在经过水体内等效传播光程L后，进入到探测器的探测面，记录此时探测的光功率P0；
[0020]S3、通过驱动系统的驱动调节一次第一光学反射阵列与第二光学反射阵列之间的相对距离d，记录为距离d1，以及记录此时光功率P1；
[0021]S4、重复步骤S3，获得多组不同距离数据，以及对应的光功率数据；
[0022]S5、最后进行数据拟合：根据不同的相对距离d换算出不同的水体内等效传播光程L，按照光功率P＝A+B
·
L公式对多次测量的P
‑
L数据进行线性拟合，拟合得到参数B，这里的参数B即为待测样品水体的光学衰减系数C，参数A表征的是非水质因素导致的光学损耗。
[0023]为实现上述目的，按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种反射移动型水体光学衰减系数测量装置的测量方法，其中，包括如下步骤：
[0024]S1、用驱动系统将第二全反射阵列和第一全反射阵列调整到初始间距，记录为距离d0；
[0025]S2、在水槽中注入样品水体，打开激光器，其发射的激光束在第一光学反射阵列与第二光学反射阵列之间形成对光路的多次180
°
反向，经过水体内等效传播光程L后，进入到探测器的探测面，记录此时探测的光功率P0；
[0026]S3、通过驱动系统的驱动调节一次第一光学反射阵列与第二光学反射阵列之间的相对距离d，记录为距离d1，以及记录此时光功率P1；
[0027]S4、重复步骤S3，获得多组不同距离数据，以及对应的光功率数据；
[0028]S5、最后进行数据拟合：根据公式L＝(m+1)d，将不同的相对距离d换算出不同的水体内等效传播光程L，其中m为180
°
反向的次数，按照光功率P＝A+B
·
L公式对多次测量的P
‑
L数据进行线性拟合，拟合得到参数B，这里的参数B即为待测样品水体的光学衰减系数C，参数A表征的是非水质因素导致的光学损耗。
[0029]上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0030]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0031]1、本专利技术的反射移动型水体光学衰减系数测量装置及方法，通过第一光学反射阵列和第二光学反射阵列改变激光束传播方向，使其在第一光学反射阵列和第二光学反射阵列之间来回反射，等效增长了样品水体内部的激光束传播距离，并且可通过驱动系统移动
光学反射阵列改变传播距离，获取多组数据进行拟合计算，而测量光路的窗口透过区和固定反射区位置固定不变，从而消除了其他参数变量对测量结果的影响，保证了光学衰减系数值的准确性。
[0032]2、本专利技术的反射移动型水体光学衰减系数测量装置及方法，激光器和探测器通过水槽3与待测水体样品隔离开，不需要进行特殊的防水处理。
[0033]3、本专利技术的反射移动型水体光学衰减系数测量装置及方法，水槽只需要激光器的进光窗口和探测器的出光窗口是透明即可，其他区域可以是其他材料，更可以是非透明的，消除外界外线的干扰。
[0034]4、本专利技术的反射移动型水体光学衰减系数测量装置及方法，第一光学反射阵列和第二光学反射阵列可由反射镜、棱镜等具有反射界面的光学元件组成；具体地，均由全反射等腰直角棱镜组成，全反射界面在等腰直角棱镜斜面的外部，器件结构稳固，光路的反射角度稳定。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种反射移动型水体光学衰减系数测量装置，其特征在于：包括设于水槽(3)外的激光器(1)和探测器(2)，设于水槽(3)内的相对的第一光学反射阵列(4)和第二光学反射阵列(5)，以及开设于水槽壁上的若干透明窗口；还包括驱动系统(7)，调节第一光学反射阵列(4)与第二光学反射阵列(5)之间的相对距离；激光器(1)发射激光穿过第一透明窗口(61)进入水体样品测试区，在第一光学反射阵列(4)和第二光学反射阵列(5)之间来回反射，最后穿过第二透明窗口(62)后的光斑被探测器(2)的探测面完全接收。2.如权利要求1所述的反射移动型水体光学衰减系数测量装置，其特征在于：所述第一光学反射阵列(4)被固定，所述驱动系统(7)调节第二光学反射阵列(5)的位置。3.如权利要求1所述的反射移动型水体光学衰减系数测量装置，其特征在于：所述第二光学反射阵列(5)被固定，所述驱动系统(7)调节第一光学反射阵列(4)的位置。4.如权利要求1所述的反射移动型水体光学衰减系数测量装置，其特征在于：激光在所述第一光学反射阵列(4)与第二光学反射阵列(5)之间形成对光路的多次180
°
反向。5.如权利要求1所述的反射移动型水体光学衰减系数测量装置，其特征在于：所述第一光学反射阵列(4)与第二光学反射阵列(5)均具有连续的多个呈直角的相邻反射界面。6.如权利要求1所述的反射移动型水体光学衰减系数测量装置，其特征在于：所述驱动系统(7)具有距离读数装置，用于实时读取显示第一光学反射阵列(4)与第二光学反射阵列(5)之间的相对距离。7.如权利要求1所述的反射移动型水体光学衰减系数测量装置，其特征在于：还包括多个光通道吸收壁(8)；来回反射的光路中，每对折返的两个平行光线之间设一个光通道吸收壁(8)。8.一种如权利要求1
‑
7任一项所述的反射移动型水体光学衰减系数测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：通过驱动系统(7)的驱动调节第一光学反射阵列(4)与第二光学反射阵列(5)之间的相对距离d，测量不同距离所反应的水体内等效传播光程L下，探测器(2)所探测的不同光功率P，并针对得到的多组P
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L测量数据进行拟合，从而计算得到水体的光学衰减系数C的值。9.一种如权利要求1
...
【专利技术属性】
技术研发人员：文柯，费礼，周金荣，李亚平，江桂英，万梓傲，宫鹏飞，
申请(专利权)人：武汉船舶通信研究所中国船舶重工集团公司第七二二研究所，
类型：发明
国别省市：
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