一种水下光场与海洋环境多参数观测系统的制作方法

本发明属于海洋装备技术领域，更具体地说，涉及一种水下光场与海洋环境多参数观测系统。

背景技术：

21世纪是海洋的世纪，要认识海洋、开发和利用海洋就要进行海洋调查。高新技术的海洋装备是海洋调查的重要保障。为发现海洋新现象、验证海洋新理论和满足海洋科学发展需求，在研究海域获取稳定、可靠的多要素海洋科学数据至关重要。现有技术在进行海洋光学剖面观测时，无法同步获取多参数海洋环境要素数据。自然水体的光学特性与生物、地质、化学要素以及物理环境密切相关，其中固有光学特性与物理环境的关系尤其密切，获取自然水体的多参数物理要素意义重大。因此，能同步、稳定的对海洋环境中影响光学信号的多要素进行同步立体综合观测，对于开展海洋光学与水色遥感研究意义重大。

技术实现要素：

本实发明要解决的技术问题：

本发明提出一种水下光场与海洋环境多参数观测系统，解决现有海洋光学测量技术中水下光场固有光学量观测时无法同步获取多参数海洋环境数据的难题。水下光场与海洋环境多参数观测系统是集多参数的海洋调查测量技术设备，能同步、稳定的对海洋环境中影响光学信号的多要素进行同步立体综合观测。该系统的设计，实现了光学吸收、衰减、后向散射、以及温度、盐度、ph、叶绿素、溶解氧、浊度等物理环境要素的全方位、立体、同步观测的需求，为后期的海洋光学多参数相互作用机制的分析提供了技术装备保障。同时，该系统的结构设计，充分考虑了防腐蚀性、恶劣海况的适应性、安装及维护的便捷性。为科学研究走向深海大洋观测提供了必要的技术装备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明所述的一种水下光场与海洋环境多参数观测系统，其特征在于：该系统包括顶部承重环、轮廓架、高光谱吸收衰减测量单元、电池包主体单元、后向散射测量单元、水质要素测量单元、水质要素测量供电单元、数据采集及控制单元和温盐深测量单元，其中，所述的顶部承重环设置于轮廓架的顶部，所述的轮廓架为框架式结构，包括上部的四棱锥框架和下部的方形框架，所述的方形框架内竖直放置有高光谱吸收衰减测量单元、电池包主体单元、后向散射测量单元、水质要素测量单元、水质要素测量供电单元、数据采集及控制单元和温盐深测量单元，上述各单元侧壁分别通过固定件与方形框架的侧壁相固定，所述的高光谱吸收衰减测量单元、电池包主体单元、水质要素测量单元和数据采集及控制单元的底部均通过固定座安置于方形框架内底部。

本发明中，所述的顶部承重环用于连接船载绞车，为整套系统的承重连接部分，进而完成轮廓架上搭载的多个组成单元的协调工作。所述的数据集成及控制单元完成多传感器采集数据接收、数据存储、时序管理功能。数据集成及控制单元的供电及数据传输端通过连接缆分别接高光谱吸收衰减测量单元、后向散射测量单元、温盐深测量单元的供电及数据传输端口，为所有的传感器提供工作时所需的电源，以及负责其内部程序指令的时序管理和连接传感器数据的接收、存储。数据集成及控制单元中的供电及数据传输端通过连接缆与电池包主体单元的电源输出端连接，用于其内部的电源需求。所述的高光谱吸收衰减测量单元主要是完成海水的总吸收、衰减系数的测量，并将测量后的数据通过连接缆传输给数据集成及控制单元并进行保存。所述的后向散射测量单元完成海水的后向散射系数的测量，并将测量后的数据通过数据缆传输给数据集成及控制单元进行保存。所述的温盐深测量单元主要完成海水的温度、电导率、压力的测量，并将测量后的数据通过数据缆传输给数据集成及控制单元进行保存。所述的水质要素测量单元主要完成海水的温度、盐度、深度、溶解氧、ph、浊度、叶绿素水质参数的测量和数据存储，其底端的电源输入端通过连接缆与水质要素测量供电单元的电源输出端连接，保障水质要素测量单元电源需求。系统中配置两套温盐深测量仪(水质要素测量单元中的温度、盐度传感器，温盐深测量单元)的原因，是为了进行数据的互较和对比分析。

其中，优选方案如下：

所述的固定件包括与方形框架螺栓固定连接的固定梁以及与固定梁两端闭合连接的固定箍，所述的各单元固定于固定梁与固定箍所围成的空间内。

所述的后向散射测量单元的固定件与方形框架滑动连接，所述的方形框架上竖直设置有中空通道，所述的固定件设置有水平螺杆并插入于中空通道内上下移动并通过螺母调节松紧度。

所述的后向散射测量单元底部设置有若干个限位固定脚，所述的限位固定脚一端为水平结构且位于后向散射测量单元底部，另一端与相邻的固定件通过螺栓固定连接。后向散射测量单元的固定方式满足光学后向散射测量的同时，保证其在不同海况的适用性，增加了系统的灵活性、适用性，进而提高调查的效率。

所述的轮廓架上设置有若干个牺牲阳极。所述的牺牲阳极优选为锌块。牺牲阳极的加入，充分考虑了不同材料的电化学腐蚀，用于防止连续长时间在海洋中观测的其他设备的腐蚀，有效保护了设备，减少了损失，增加了系统的安全性。

所述的电池包主体单元和水质要素测量供电单元对称设置于方形框架内壁两侧。设计了对称供电单元，既保证了系统的配重，又满足所有单元供电需求，剖面测量过程中，无需线缆，安全稳定，提高效率。

整套系统全部使用黑色防腐蚀镀漆，能够减少反射光对于固有光学测量的干扰。

所述的顶部承重环和轮廓架采用钢材料制成，保证了整套系统的强度，对内部的各单元提供安全防护。

所述的固定件采用黑色的尼龙材料制成，能够有效避免因材料本身形成颗粒物污染测量水源，同时，也起到了防腐蚀、防生物附着的功效。

本发明与现有技术相比有许多优点和积极效果：

以往水下光场光学量观测系统的设计结构单一，功能简化，未考虑固定平台的防腐蚀性和配重功能，难以满足多参数剖面观测的需求，而海洋环境中光学观测的要求较高，对于影响光学观测的干扰要素需要全部排除，才能测量到真实的海洋光信号的变化。尤其是吸收、衰减、后向散射系数的测量，受温度、盐度等环境要素明显。该系统的整体结构设计，充分考虑了所有影响光学测量的其他环境要素的观测，将所有的传感器及供电单元整合于一个平台观测，能够满足温度、盐度、深度、吸收、衰减系数和后向散射系数以及溶解氧、叶绿素、ph、浊度的同步观测，且将数据集中管理在数据集成及控制单元中，有利于后期数据处理和分析，为科学研究提供高质量的数据保障。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的后视图；

图中：1、顶部承重环2、牺牲阳极3、轮廓架4、高光谱吸收衰减测量单元5、电池包主体单元6、后向散射测量单元7、水质要素测量单元8、水质要素测量供电单元9、数据采集及控制单元10、温盐深测量单元11、连接缆12、固定件13、固定座14、中空通道。

图3为本发明中数据采集及控制单元结构示意图；

图中：91、供电及数据传输端92、磁性开关93、底部连接盖94、本体95、顶部连接盖。

图4为本发明中水质要素测量单元结构示意图；

图中：71、防生物附着系统72、连接件73、溶解氧传感器74、电源连接端75、本体76、防生物附着环77、数据传输端口78和79、溶解氧传感器710、温度、盐度传感器。

图5为本发明中后向散射测量单元结构示意图；

图中：61、光学镜头62、数据连接端口63、本体

图6为本发明中高光谱吸收衰减测量单元结构示意图；

图中：41、电源输入端42、本体43、海水入水口44、海水出水口45、本体46、固定底座47、光学测量通道48、数据传输端。

图7为本发明中温盐深测量单元结构示意图；

图中：101、数据传输端口102、本体103、不锈钢保护外套104和105、固定卡环。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明做进一步描述。

实施例1：

如图1和图2所示，一种水下光场与海洋环境多参数观测系统，该系统包括顶部承重环1、轮廓架3、高光谱吸收衰减测量单元4、电池包主体单元5、后向散射测量单元6、水质要素测量单元7、水质要素测量供电单元8、数据采集及控制单元9和温盐深测量单元10，其中，所述的顶部承重环1设置于轮廓架3的顶部，所述的轮廓架3为框架式结构，包括上部的四棱锥框架和下部的方形框架，所述的方形框架内竖直放置有高光谱吸收衰减测量单元4、电池包主体单元5、后向散射测量单元6、水质要素测量单元7、水质要素测量供电单元8、数据采集及控制单元9和温盐深测量单元10，上述各单元侧壁分别通过固定件12与方形框架的侧壁相固定，所述的高光谱吸收衰减测量单元4、电池包主体单元5、水质要素测量单元7和数据采集及控制单元9的底部均通过固定座13安置于方形框架内底部。

本实施例中，所述的顶部承重环1用于连接船载绞车，为整套系统的承重连接部分，进而完成轮廓架3上搭载的多个组成单元的协调工作。

所述的数据集成及控制单元9如图3所示，包括供电及数据传输端91、磁性开关92(用于控制这个传感器的开始和结束工作)、底部连接盖93、本体94、顶部连接盖95。数据集成及控制单元9完成多传感器采集数据接收、数据存储、时序管理功能。数据集成及控制单元9的供电及数据传输端91通过连接缆11分别接高光谱吸收衰减测量单元4、后向散射测量单元6、温盐深测量单元10的供电及数据传输端口，为所有的传感器提供工作时所需的电源，以及负责其内部程序指令的时序管理和连接传感器数据的接收、存储。数据集成及控制单元9中的供电及数据传输端91通过连接缆11与电池包主体单元5的电源输出端连接，用于其内部的电源需求。

所述的高光谱吸收衰减测量单元4如图6所示，包括电源输入端41、本体42、海水入水口43、海水出水口44、本体45、固定底座46、光学测量通道47、数据传输端48。高光谱吸收衰减测量单元4主要是完成海水的总吸收、衰减系数的测量，并将测量后的数据通过连接缆传输给数据集成及控制单元9并进行保存。

所述的后向散射测量单元6如图5所示，包括光学镜头61、数据连接端口62、本体63。后向散射测量单元6完成海水的后向散射系数的测量，并将测量后的数据通过数据缆传输给数据集成及控制单元9进行保存。

所述的温盐深测量单元10如图7所示，包括数据传输端口101、本体102、不锈钢保护外套103、固定卡环104和105。温盐深测量单元10主要完成海水的温度、电导率、压力的测量，并将测量后的数据通过数据缆传输给数据集成及控制单元9进行保存。

所述的水质要素测量单元7如图4所示，包括防生物附着系统71、连接件72、溶解氧传感器73、电源连接端74、本体75、防生物附着环76、数据传输端口77、溶解氧传感器78和79、温度、盐度传感器710。水质要素测量单元7主要完成海水的温度、盐度、深度、溶解氧、ph、浊度、叶绿素水质参数的测量和数据存储，其底端的电源输入端74通过连接缆11与水质要素测量供电单元8的电源输出端连接，保障水质要素测量单元电源需求。系统中配置两套温盐深测量仪(水质要素测量单元7中的温度、盐度传感器710，温盐深测量单元10)的原因，是为了进行数据的互较和对比分析。

所述的固定件12包括与方形框架螺栓固定连接的固定梁以及与固定梁两端闭合连接的固定箍，所述的各单元固定于固定梁与固定箍所围成的空间内。

所述的后向散射测量单元6的固定件12与方形框架滑动连接，所述的方形框架上竖直设置有中空通道14，所述的固定件12设置有水平螺杆并插入于中空通道14内上下移动并通过螺母调节松紧度。

所述的后向散射测量单元6底部设置有若干个限位固定脚，所述的限位固定脚一端为水平结构且位于后向散射测量单元6底部，另一端与相邻的固定件通过螺栓固定连接。后向散射测量单元6的固定方式满足光学后向散射测量的同时，保证其在不同海况的适用性，增加了系统的灵活性、适用性，进而提高调查的效率。

所述的轮廓架3上设置有若干个牺牲阳极2。所述的牺牲阳极2为锌块。牺牲阳极2的加入，充分考虑了不同材料的电化学腐蚀，用于防止连续长时间在海洋中观测的其他设备的腐蚀，有效保护了设备，减少了损失，增加了系统的安全性。

所述的电池包主体单元5和水质要素测量供电单元8对称设置于方形框架内壁两侧。设计了对称供电单元，既保证了系统的配重，又满足所有单元供电需求，剖面测量过程中，无需线缆，安全稳定，提高效率。

整套系统全部使用黑色防腐蚀镀漆，能够减少反射光对于固有光学测量的干扰。

所述的顶部承重环1和轮廓架3采用钢材料制成，保证了整套系统的强度，对内部的各单元提供安全防护。

所述的固定件12采用黑色的尼龙材料制成，能够有效避免因材料本身形成颗粒物污染测量水源，同时，也起到了防腐蚀、防生物附着的功效。