【技术实现步骤摘要】
一种基于连续激光的剖面水体参数测量装置和方法
[0001]本专利技术涉及海洋激光
，尤其涉及一种基于连续激光的剖面水体参数测量装置和方法。
技术介绍
[0002]剖面水体信息是海洋、湖泊、水库等监测的一个重要参数。通过剖面水体信息，可以知道生物群落的分层情况；对水体水质监测，提前进行藻华预警等。现有的剖面水体相关激光雷达装置，为了获取剖面水体信息(即要有距离上的分辨率)，因此只能采用脉冲激光雷达。脉冲激光器由于现阶段工艺还不成熟，激光器功率稳定性差、功率较低、波长受到限制等，导致基于脉冲激光的剖面水体激光雷达探测精度低、探测距离近、探测信息不全面等，同时脉冲激光器价格高，也进一步限制剖面水体激光雷达的普及。
技术实现思路
[0003]本专利技术在于克服现有技术的不足，提供一种基于连续激光的剖面水体参数测量装置和方法，接收望远镜随着转台旋转，从而使得接收视场分布在激光发射路径上的不同距离处，即实现了距离上的分辨率，因此可使用技术更成熟、功率更高、探测距离更远的连续激光器；参考接收望远镜的使用能够判断出各个时刻连续激光器的功率强度，以实现对探测信号的归一化处理，通过信号强度闭环反馈，提高了信噪比，进一步增加了探测距离和准确度。
[0004]本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一方面，一种基于连续激光的剖面水体参数测量装置，包括：连续激光器、延时光纤、发射望远镜、接收望远镜、参考接收望远镜、探测器、采集卡、计算模块和转台；所述接收望远镜在所述转台的带动下做0到90度旋转；>[0006]所述连续激光器产生的特定波段的连续激光经延时光纤后，通过所述发射望远镜入射到水体中；连续激光与水分子或者颗粒相互作用产生散射信号，第一路散射信号通过角度可调节的接收望远镜接收，经延时光纤后进入到所述探测器转换成电信号，所述采集卡采集电信号并发送到所述计算模块作为接收信号，所述计算模块基于所述接收信号调节所述连续激光器的输出功率；第二路散射信号通过角度固定的参考接收望远镜接收，经延时光纤后进入到所述探测器转换成电信号，所述采集卡采集电信号并发送到所述计算模块作为参考信号，所述计算模块基于所述参考信号获取所述连续激光器的输出功率强度，并基于输出功率强度对所述接收信号进行归一化处理后，计算出剖面水体信息。
[0007]优选的，所述的基于连续激光的剖面水体参数测量装置，还包括基座；所述发射望远镜、参考接收望远镜和转台固定在所述基座上方；所述接收望远镜固定在所述转台上方；所述转台做0到90度旋转。
[0008]优选的，所述计算模块基于所述接收信号调节所述连续激光器的输出功率，具体包括：
[0009]所述计算模块判断出接收信号对应的光子数小于探测器的饱和计数的1/3时，发送指令给连续激光器，控制连续激光器加大输出功率，直到所述接收信号对应的光子数达到探测器饱和计数的2/3。
[0010]优选的，所述发射望远镜出射的激光在接收望远镜旋转90度的视场中心面上。
[0011]优选的，所述发射望远镜、接收望远镜和参考接收望远镜均经过防水密封处理，具体为放置在对应的密闭容器中，对应的密闭容器和延时光纤的连接处也进行防水处理。
[0012]优选的，密闭容器的透光面包括透明的窗口玻璃或其他高透光率物质。
[0013]优选的，所述接收望远镜的安装位置离与所述发射望远镜的距离为0.5米～2米。
[0014]优选的，所述接收望远镜前方设置有一套筒。
[0015]优选的，所述探测器为单光子探测器。
[0016]另一方面，一种基于连续激光的剖面水体参数测量方法，其特征在于，基于所述的基于连续激光的剖面水体参数测量装置，包括：
[0017]S301，将连续激光器的功率调到最小，接收望远镜停在0
°
度位置即接收视场在0米位置，打开探测器和采集卡，获取接收望远镜探测到的散射信号，调整激光器的输出功率，使探测器工作在灵敏区；
[0018]S302，转台以一定的步长带动接收望远镜旋转，每前进预设角度，测量对应角度的散射信号，并将角度换算成相应的水体距离；
[0019]S303，在角度变化过程中，根据散射信号的强度变化调整激光器的输出功率，通过采集卡采集到的信号反馈使探测器工作在最佳状态，即探测器探测到的单位时间内光子数为探测器允许的饱和光子数的1/3到2/3范围内；
[0020]S304，获取参考接收望远镜探测到的参考信号，计算模块基于所述参考信号获取所述连续激光器各个时刻的输出功率强度；
[0021]S305，计算模块基于输出功率强度对接收望远镜探测到的散射信号进行归一化处理，基于归一化处理后的散射信号及水体距离计算出剖面水体信息。
[0022]本专利技术的有益效果如下：
[0023](1)本专利技术的接收望远镜在转台的带动下做0到90度旋转，从而使得接收视场分布在激光发射路径上的不同距离处，即实现了距离上的分辨率，因此能够使用连续激光器，采用连续激光器，相比于脉冲激光器具有如下优点：第一方面，功率更加稳定，因此基于连续激光的剖面水体激光雷达有更高的测量精度；第二方面，功率更高，因此基于连续激光的剖面水体激光雷达有更大的测量范围；第三方面，采用连续激光器可以使用各种波长的激光器，因此基于连续激光的剖面水体激光雷达可测得更完整的剖面水体信息；第四方面，工艺更加成熟，价格更低；
[0024](2)本专利技术基于接收望远镜的信号强度实时调整激光器的输出功率，使探测器始终处于最佳信噪比的状态，探测精度更高，探测距离更远；
[0025](3)本专利技术基于参考接收望远镜的信号，能够获取到连续激光器各个时刻的输出功率强度，进而对接收望远镜的探测的散射信号进行归一化处理，通过信号强度闭环反馈，提高了信噪比，进一步增加了探测距离和准确度；
[0026](4)本专利技术采用单光子探测器，能够探测极其微弱的散射信号，增加水体的探测深度。
[0027]根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述及其他目的、优点和特征。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例的基于连续激光的剖面水体参数测量装置的结构框图；
[0029]图2为本专利技术实施例的接收望远镜的旋转示意图；
[0030]图3为本专利技术实施例的基于连续激光的剖面水体参数测量方法的流程图；
[0031]图4为本专利技术实施例的测量得到的剖面水体信息示意图；
[0032]其中，1、连续激光器；2、延时光纤；3、发射望远镜；4、接收望远镜；5、参考接收望远镜；6、探测器；7、采集卡；8、计算模块；9、基座；10、转台。
具体实施方式
[0033]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于连续激光的剖面水体参数测量装置，其特征在于，包括：连续激光器(1)、延时光纤(2)、发射望远镜(3)、接收望远镜(4)、参考接收望远镜(5)、探测器(6)、采集卡(7)、计算模块(8)和转台(10)；所述接收望远镜(4)在所述转台(10)的带动下做0到90度旋转；所述连续激光器(1)产生的特定波段的连续激光经延时光纤(2)后，通过所述发射望远镜(3)入射到水体中；连续激光与水分子或者颗粒相互作用产生散射信号，第一路散射信号通过角度可调节的接收望远镜(4)接收，经延时光纤(2)后进入到所述探测器(6)转换成电信号，所述采集卡(7)采集电信号并发送到所述计算模块(8)作为接收信号，所述计算模块(8)基于所述接收信号调节所述连续激光器(1)的输出功率；第二路散射信号通过角度固定的参考接收望远镜(5)接收，经延时光纤(2)后进入到所述探测器(6)转换成电信号，所述采集卡(7)采集电信号并发送到所述计算模块(8)作为参考信号，所述计算模块(8)基于所述参考信号获取所述连续激光器(1)的输出功率强度，并基于输出功率强度对所述接收信号进行归一化处理后，计算出剖面水体信息。2.根据权利要求1所述的基于连续激光的剖面水体参数测量装置，其特征在于，还包括基座(9)；所述发射望远镜(3)、参考接收望远镜(5)和转台(10)固定在所述基座(9)上方；所述接收望远镜(4)固定在所述转台(10)上方；所述转台(10)做0到90度旋转。3.根据权利要求1所述的基于连续激光的剖面水体参数测量装置，其特征在于，所述计算模块(8)基于所述接收信号调节所述连续激光器(1)的输出功率，具体包括：所述计算模块(8)判断出接收信号对应的光子数小于探测器(6)的饱和计数的1/3时，发送指令给连续激光器(1)，控制连续激光器(1)加大输出功率，直到所述接收信号对应的光子数达到探测器(6)饱和计数的2/3。4.根据权利要求1所述的基于连续激光的剖面水体参数测量装置，其特征在于，所述发射望远镜(3)出射的激光在接...
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