海冰高光谱辐射测量控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海冰高光谱辐射测量控制系统及其控制方法，该控制系统包括保温箱体、设于箱体内的多个ＣＣＤ传感器及ＣＰＵ主板；多个ＣＣＤ传感器，分别采集来自外界多个传感器探头的传感信号，并调整积分时间，对传感信号进行积分转换成数字信号；ＣＰＵ主板，接收ＣＣＤ传感器的数字信号并进行保存处理，并根据传感信号的强弱实时调整ＣＣＤ传感器采集传感信号的最佳积分时间。本发明专利技术能实现多个通道的同时测量且能适应在野外极端低温的环境下稳定工作。

Sea ice hyperspectral radiation measuring control system and control method thereof

The invention discloses a sea ice high spectral radiation measurement control system and its control method, the control system includes a plurality of insulation box, CCD sensor and CPU board is arranged in the box; a plurality of CCD sensors, sensor signal from outside a plurality of sensor probe respectively, and adjusting the integration time of the sensing signal by integral transformation a digital signal; receiving CPU motherboard, CCD sensor and digital signal processing and preservation, according to the optimal integration time signal intensity of real-time adjustment of CCD sensor signal acquisition. The invention can simultaneously measure a plurality of channels and be able to work stably in the extreme low temperature environment in the field.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光谱辐射测量控制系统及其控制方法，尤其涉及一种极端低温环境下的。
技术介绍
海冰光学特性对全球气候变化和海洋生物具有重大的影响，现有大部分光学辐射 量测量设备是基于陆地上或实验室而设计的。 一般光学设备只有一路探头，在野外工作时 以太阳光EJA)作为光源，由于太阳光随时在变化，从而会引起测量误差。同时陆用光学设备不具备水下测量Ew( A )所需要的水密功能，此时冰或水的透过率^(A) = ^TV不适用测量水下或冰下光辐射。 现有的光谱辐射测量系统，要么不能实现多个通道的同时测量，要么不能适应在 野外极端低温的环境下稳定工作。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术的目的是提供一种能实现多个通道的同时测量且能适应在野外极端低温的环境下稳定工作的海冰高光谱辐射测量控制系统。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为一种海冰高光谱辐射测量控制系统，其包括保温箱体、设于箱体内的多个CCD传感器及CPU主板； 多个CCD传感器，分别采集来自外界多个传感器探头的传感信号，并调整积分时 间，对传感信号进行积分转换成数字信号； CPU主板，接收CCD传感器的数字信号并进行保存处理，并根据传感信号的强弱实 时调整CCD传感器采集传感信号的最佳积分时间。 CPU主板通过传感信号的码值决定CCD传感器采集传感信号的积分时间。 所述多个传感器探头分别为用于测量天空下行辐照度的第一辐照度探头、用于测量冰面反射辐照度的第二辐照度探头和用于测量通过冰层的辐照度的第三辐照度探头；第一辐照度探头设于垂直太阳光支架上并且探头垂直向上，第二辐照度探头设于双向反照率支架上，位于冰面上方，探头方向垂直向下；所述第三辐照度探头设于冰下支架，采取防水密封结构并垂直于冰层，探头方向向上并紧贴于冰层。 该箱体内还包括复合功能板，该复合功能板包括用于保持箱体内温度的加温装 置、探测箱内温度的温度探头。该CPU主板为一低功耗的嵌入式主板。 —种海冰高光谱辐射测量控制系统的控制方法，其包括以下步骤 (1)通过多个传感器探头探测外界的多个传感信号； (2)利用多个CCD传感器分别采集多个传感器探头的传感信号，并调整积分时间， 对传感信号进行积分转换成数字信号； (3)采用CPU主板接收CCD传感器的数字信号并进行保存处理，并根据传感信号的强弱实时调整CCD传感器采集传感信号的最佳积分时间。 所述多个传感器探头分别为用于测量天空下行辐照度的第一辐照度探头、用于测量冰面反射辐照度的第二辐照度探头和用于测量通过冰层的辐照度的第三辐照度探头；第一辐照度探头设于垂直太阳光支架上并且探头垂直向上，第二辐照度探头设于双向反照率支架上，位于冰面上方，探头方向垂直向下；所述第三辐照度探头设于冰下支架，采取防水密封结构并垂直于冰层，探头方向向上并紧贴于冰层。 根据传感信号的码值与积分时间成线性关系 DN = KXt+B (1) 其中DN为码值，t为积分时间，K、B分别为线性关系的斜率和截距，设CCD传感器 采集传感信号的波长范围[a， b]，此波段共有2048个像素，将此波段分为2048个等分，数字 信号码值范围为0 16500，对传感信号进行数据采集，三个传感信号各自采集2048个数 TD1 TD1 、 TD2 TD2 和TD3 TD3 ， TD [n]代表第n段上 的码值； 找出这三个传感信号数据的最大值TDl[nl]max、 TD2[n2]max和TD3[n3]max。判 断这三个最大值是否超过15000，如果超过，则将对应传感信号的积分时间t设为之前的 一半，然后再进行测量，找出其中的最大值用于判断，循环这个操作，直至三个传感信号所 测量的最大码值均小于15000，程序记录下三个传感信号的最大码值TD1 [nl]max、 TD2[n2] max和TD3[n3]max，及对应的积分时间Tl、 T2和T3 ; 接下来将三个传感信号的积分时间t设定为3ms进行测量，在所测量的值中找出 三个传感信号数组序号nl 、n2和n3所对应的码值TD13ms [nl] 、TD23ms [n2]和TD33ms [n3]。 将以上两组数据代入方程(1)得 TDl[nl]max = ^XT1+BJ2) TDl3ms[nl] = ^X3+Bj3) 通过解由(2)和(3)所组成的方程组即可以得出第一传感信号线性关系的斜率I^ 和截距同样的方法可以得到第二传感信号与第三传感信号的斜率和截距。 设定码值TD1 = 1650(^90X，根据已知的斜率Ki和截距Bi代入方程(l)，即可以 求出对应外界环境的第一传感信号积分时间Tl :t， 16500*90% —A n =-^-A (4)。 与现有技术相比，本专利技术具有如下优势 本专利技术解决了低温工作的难题，实现了系统在野外极端低温的环境下稳定工作。 系统各个通道的积分时间可以智能设定，实现了数据采集时积分时间设定的最优化和自动 化。附图说明 图1为本专利技术的工作流程示意图； 具体实施例方式以下结合附图对本专利技术进行详细的描述。 如图1所示，一种海冰高光谱辐射测量控制系统，其包括保温箱体、设于箱体内的 多个CCD传感器及CPU主板； 多个CCD传感器，分别采集来自外界多个传感器探头的传感信号，并调整积分时 间，对传感信号进行积分转换成数字信号； CPU主板，接收CCD传感器的数字信号并进行保存处理，并根据传感信号的强弱实 时调整CCD传感器采集传感信号的最佳积分时间。 CPU主板通过传感信号的码值决定CCD传感器采集传感信号的积分时间。 本实施例中，该CPU主板为一低功耗的嵌入式主板。 上述传感信号也即为光信号，由于CCD传感器在光线(光强)较弱的情况下，曝光 时间需要大一些，相反，光线(光强)较强的情况下，曝光时间需要小一些。CCD传感器在当 光子入射到器件上，能量达到一定程度时，将会激发器件产生电流，CCD传感器将电流信号 转换成图像。因此入射光子的能量必需达到一定的强度才能驱动一定量电流的产生。当外 界光强恒定的情况下，积分时间较长时，入射的光子将会多一些，积分时间较小时，入射的 光子相对也较少。而极低进行光谱测量时，光强及其光线角度处于不断变化，为使控制系统 能得到精确的测量值，必须CCD传感器的积分时间进行随时调整。 所述多个传感器探头分别为用于测量天空下行辐照度的第一辐照度探头、用于测 量冰面反射辐照度的第二辐照度探头和用于测量通过冰层的辐照度的第三辐照度探头；第 一辐照度探头设于垂直太阳光支架上并且探头垂直向上，第二辐照度探头设于双向反照率 支架上，位于冰面上方，探头方向垂直向下；所述第三辐照度探头设于冰下支架，采取防水 密封结构并垂直于冰层，探头方向向上并紧贴于冰层。 该箱体内还包括复合功能板，该复合功能板包括用于保持箱体内温度的加温装置、探测箱内温度的温度探头。温度探头检测箱内温度是否大于ot:，是的话则停止加温装置进行加温，否的话则继续加温，直至箱内温度大于0°C 。 本实施例中，加温装置为加热电丝。 如图1所示，一种海冰高光谱辐射测量控制系统的控制方法，其包括以下步骤 (1)通过多个传感器探头探测外界的多个传感信号； (2) CPU主板及CCD传感器上电，进行自检，发现是否有误，有的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海冰高光谱辐射测量控制系统，其特征在于，包括保温箱体、设于箱体内的多个ＣＣＤ传感器及ＣＰＵ主板；多个ＣＣＤ传感器，分别采集来自外界多个传感器探头的传感信号，并调整积分时间，对传感信号进行积分转换成数字信号；ＣＰＵ主板，接收ＣＣＤ传感器的数字信号并进行保存处理，并根据传感信号的强弱实时调整ＣＣＤ传感器采集传感信号的最佳积分时间。

【技术特征摘要】
一种海冰高光谱辐射测量控制系统，其特征在于，包括保温箱体、设于箱体内的多个CCD传感器及CPU主板；多个CCD传感器，分别采集来自外界多个传感器探头的传感信号，并调整积分时间，对传感信号进行积分转换成数字信号；CPU主板，接收CCD传感器的数字信号并进行保存处理，并根据传感信号的强弱实时调整CCD传感器采集传感信号的最佳积分时间。2. 根据权利要求1所述的海冰高光谱辐射测量控制系统，其特征在于，CPU主板通过传 感信号的码值决定CCD传感器采集传感信号的积分时间。3. 根据权利要求2所述的海冰高光谱辐射测量控制系统，其特征在于，所述多个传感 器探头分别为用于测量天空下行辐照度的第一辐照度探头、用于测量冰面反射辐照度的第 二辐照度探头和用于测量通过冰层的辐照度的第三辐照度探头；第一辐照度探头设于垂直 太阳光支架上并且探头垂直向上，第二辐照度探头设于双向反照率支架上，位于冰面上方， 探头方向垂直向下；所述第三辐照度探头设于冰下支架，采取防水密封结构并垂直于冰层， 探头方向向上并紧贴于冰层。4. 根据权利要求1所述的海冰高光谱辐射测量控制系统，其特征在于，该箱体内还包 括复合功能板，该复合功能板包括用于保持箱体内温度的加温装置、探测箱内温度的温度 探头。5. 根据权利要求1所述的海冰高光谱辐射测量控制系统，其特征在于，该CPU主板为一 低功耗的嵌入式主板。6. —种海冰高光谱辐射测量控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤(1) 通过多个传感器探头探测外界的多个传感信号；(2) 利用多个CCD传感器分别采集多个传感器探头的传感信号，并调整积分时间，对传 感信号进行积分转换成数字信号；(3) 采用CPU主板接收CCD传感器的数字信号并进行保存处理，并根据传感信号的强弱 实时调整CCD传感器采集传感信号的最佳积分时间。7. 根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述多个传感器探头分别为用于测 量天空下行辐照度的第一辐照度探头、用于测量冰面反射辐照度的第二辐照度探头和用于 测量通过冰层的辐照度的第三辐照度探头；第一辐照度探头设于垂直太阳光支架上并且探 头垂直向...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨跃忠，柯天存，李彩，许占堂，
申请(专利权)人：中国科学院南海海洋研究所，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]