本实用新型涉及适用于实验水槽的水体表观光学和固有光学量测量装置，具体地说是一种基于实验水槽的水体光学参数观测装置，可应用于现场控制测量和室内实验室水体光学观测。
背景技术：
水体光学参量包括表观光学特性(AOPs)和固有光学特性(IOPs) 两个方面。AOPs通常通过地物光谱仪测量水体的反射率Rrs来实现， IOPs主要包括吸收系数、散射系数、衰减系数和体散射函数，这些参数仅取决于海水本身的物理特性，是海洋光学研究的基本参数。影响海水固有光学参数的海水成分主要包括：纯海水、悬浮颗粒物、叶绿素、有色可溶有机物(CDOM)等。在野外现场观测环境下，受太阳耀斑、海表面风、船体晃动和阴影等复杂因素的影响，对光学参量的观测往往存在一定的误差，不利于对不同水体组分对水体光学特性影响的精确解构和定量识别。这种情况下基于进行不同水体成分控制实验的水槽光学实验有非常重要的意义，但目前针对水体光学水槽实验装置设计技术尚不多见。
技术实现要素：
为了解决水体光学参量观测存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种基于实验水槽的水体光学参数观测装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
本实用新型包括机架及分别安装在该机架内的多光谱后向散射仪升降旋转单元、水体光吸收—衰减测量仪测量单元和光谱仪探头角度调整单元，其中多光谱后向散射仪升降旋转单元包括动力源、传动机构、线性滑轨螺杆、线性滑轨光轨、线性滑轨滑块及多光谱后向散射仪，该线性滑轨螺杆转动安装在机架上，并通过所述传动机构与马达相连、通过马达驱动旋转，所述线性滑轨光轨位于线性滑轨螺杆的一侧，所述线性滑轨滑块与线性滑轨螺杆螺纹连接、且线性滑轨光轨由线性滑轨滑块穿过，所述多光谱后向散射仪与线性滑轨滑块转动连接、具有升降及旋转两个自由度；所述水体光吸收—衰减测量仪测量单元包括实验水槽、蠕动泵及水体光吸收—衰减测量仪，该蠕动泵的入口、出口分别与所述实验水槽的出水口及水体光吸收—衰减测量仪的入水口相连通，所述水体光吸收—衰减测量仪的出水口与实验水槽的入水口相连通；所述光谱仪探头角度调整单元包括地物光谱仪、光纤探头及角度调节机构，该地物光谱仪的光纤探头与角度调节机构相连，通过该角度调节机构调节光纤探头与实验水槽中海水表面的入射角度；
其中：所述角度调节机构包括刻度盘、摆杆、止回卡及棘轮，该棘轮的轮轴转动安装在所述机架上，所述摆杆的一端与棘轮的轮轴转动连接，另一端与所述光纤探头相连，在该摆杆上设有与棘轮实现角度调整后自锁的止回卡；所述刻度盘安装在机架上，位于所述摆杆的一侧；所述刻度盘为弧形；
所述多光谱后向散射仪在测量时旋转至实验水槽的上方，随所述线性滑轨滑块通过所述动力源的驱动升降，并在测量完成后旋转移出实验水槽；
所述多光谱后向散射仪上安装有支撑架，该支撑架与所述线性滑轨滑块转动连接；
所述传动机构包括顺序相连的联轴器A、减速器、联轴器B、转向器及联轴器C，该联轴器A与所述动力源的输出端相连，所述联轴器C与所述线性滑轨螺杆相连；
所述光谱仪探头角度调整单元位于多光谱后向散射仪与水体光吸收—衰减测量仪之间，且位于所述实验水槽的上方，所述光纤探头随摆杆摆动的范围始终保证该光纤探头的入射角度在实验水槽内；
所述实验水槽的内壁涂有抗反射的光学黑色涂层。
本实用新型的优点与积极效果为：
1.本实用新型利用机械控制的方式，实现光学测量传感器的机械传动和角度调整，控制光学测量不同工序环节的稳定性和可重复性，降低人为引入误差，提高实验精度和效率。
2.本实用新型的多光谱后向散射仪具有升降及旋转两个自由度，保证了多光谱后向散射仪在不使用的时候，离开实验水槽的液面，降低仪器阴影对水体的干扰，同时保证其它测量不受影响。
3.本实用新型的蠕动泵实现海水由实验水槽到水体光吸收—衰减测量仪的流动，保证海水无二次污染，同时实现水体光吸收—衰减测量仪对海水的光学量的测量；由于蠕动泵的作用，海水在实验水槽和水体光吸收—衰减测量仪之间实现循环流动，避免了海水中颗粒物载荷重力作用下的不均一和沉降，保证了测量的稳定性。
4.本实用新型光谱仪的保持架B的角度可以调整，并设计止回卡实现角度的锁定，保证光纤探头的位置固定和测量角度的可调式固定，保证测量精度。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
其中：1为马达，2为联轴器A，3为减速器，4为联轴器B，5 为转向器，6为线性滑轨螺杆，7为实验水槽，8为蠕动泵，9为水体光吸收—衰减测量仪，10为保持架A，11为棘轮，12为止回卡，13 为摆杆，14为刻度盘，15为保持架B，16为光纤探头，17为多光谱后向散射仪，18为支撑架，19为轴承，20为线性滑轨光轨，21为线性滑轨滑块，22为地物光谱仪，23为机架，24为联轴器C。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详述。
如图1所示，本实用新型包括机架23及分别安装在该机架23内的多光谱后向散射仪升降旋转单元、水体光吸收—衰减测量仪测量单元和光谱仪探头角度调整单元。
多光谱后向散射仪升降旋转单元包括动力源、传动机构、线性滑轨螺杆6、线性滑轨光轨20、线性滑轨滑块21、轴承19、支撑架18 及多光谱后向散射仪17，本实施例的动力源为安装在机架23底部的马达1，传动机构包括顺序相连的联轴器A2、减速器3、联轴器B4、转向器5及联轴器C24，线性滑轨螺杆6的上下两端通过滑轨保持架与机架23相连，线性滑轨螺杆6的上下两端与滑轨保持架转动连接，联轴器A2与马达1的输出端相连，联轴器C24与线性滑轨螺杆6相连。马达1的旋转运动通过联轴器A2、减速器3、联轴器B4、转向器5和联轴器C24的连接传递到线性滑轨螺杆6上，转化为线性滑轨螺杆6的旋转。线性滑轨螺杆6的上下两端通过滑轨保持架与机架 23相连，保证了线性滑轨螺杆6相对机架23无相对移动。线性滑轨光轨20位于线性滑轨螺杆6的一侧，线性滑轨光轨20的上下两端安装在滑轨保持架上。线性滑轨滑块21通过螺母与线性滑轨螺杆6螺纹连接、且线性滑轨光轨20由线性滑轨滑块21穿过，通过与线性滑轨光轨20的连接限定了线性滑轨滑块21的转动。线性滑轨螺杆6的旋转运动转化为线性滑轨滑块21的升降移动，从而实现多光谱后向散射仪17的升降。多光谱后向散射仪17上安装有支撑架18，该支撑架18通过轴承19和轴与线性滑轨滑块21转动连接，这样就可以实现支撑架18绕轴的旋转，保证多光谱后向散射仪17的旋转。通过上述设计，多光谱后向散射仪17具有升降及旋转两个自由度，实现多光谱后向散射仪17测量完成后的旋转移出，而消除其阴影对水槽实验水体的影响，保证表观光学参数观测的准确性。这种机械性测量方式的设定具有便捷性、稳定性和可重复性的优点，可以最大程度避免人为观测的随意性和阴影、晃动等对水槽水体光学特性的影响。本实用新型的转向器5为现有技术，可为齿轮转向器。
水体光吸收—衰减测量仪测量单元包括实验水槽7、蠕动泵8及水体光吸收—衰减测量仪9，该蠕动泵8的入口连通实验水槽7的下出水口，蠕动泵8的出口连通水体光吸收—衰减测量仪9的入水口。水体光吸收—衰减测量仪9的出水口与实验水槽7的上部入水口相连通。通过蠕动泵8的放置、与水体光吸收—衰减测量仪9连接，一方面实现实验水槽7内部实验水体的流动性，保证颗粒物载荷均匀分布在水体中，不会发生分层和沉降，影响实验精度；另一方面，通过蠕动泵8的泵入，实现海水在水体光吸收—衰减测量仪9的循环流动，提高实验精度。蠕动泵8外置，可以减少观测过程中泵体对水体光学特性的干扰。本实施例的实验水槽7为圆台形或圆柱形，由PVC(聚氯乙烯)材质制成，内壁涂有抗反射的光学黑色涂层，防止实验水槽 7的内壁反射对实验水体光学特性的干扰。本实施例的光学黑色涂层可采用炭黑、石墨粉或纳米碳管黑体涂层。实验水槽7内部盛放去离子水或经过滤后的自然海水，通过添加不同类型样品实现不同浓度、物质组成试样的准备。
光谱仪探头角度调整单元位于多光谱后向散射仪17与水体光吸收—衰减测量仪9之间，且位于实验水槽7的上方。光谱仪探头角度调整单元包括地物光谱仪22、光纤探头16及角度调节机构，该地物光谱仪22的光纤探头16与角度调节机构相连，通过该角度调节机构调节光纤探头16与实验水槽7中海水表面的入射角度。角度调节机构包括刻度盘14、摆杆13、止回卡12及棘轮11，该棘轮11的轮轴转动安装在机架23上，摆杆13的一端与棘轮11的轮轴转动连接，另一端设有保持架B15，光纤探头16安装在该保持架B15上，在摆杆13上设有与棘轮11实现角度调整后自锁的止回卡12。止回卡12 的设计实现角度调整后的自锁，这一设计可以保证光纤探头16位置的固定和角度的可调式固定，克服人为操作引起的不稳定性和误差。
刻度盘14为弧形，安装在机架3上，位于摆杆13的一侧。光纤探头16随摆杆13摆动的范围始终保证该光纤探头16的入射角度在实验水槽7内。
本实用新型的工作原理为：
实验水槽7中盛放实验水体，使用轴承19连接支撑架18到线性滑轨滑块21上，可以旋转设定的角度，旋转至实验水槽7的上方；同时，通过马达1带动线性滑轨滑块21升降，从而实现多光谱后向散射仪17随线性滑轨滑块21的升降而升降。使用蠕动泵8实现海水由实验水槽7到水体光吸收—衰减测量仪9的流动，保证海水无二次污染；同时实现水体光吸收—衰减测量仪9对海水的光学量的测量。由于蠕动泵8的作用，海水在实验水槽7和水体光吸收—衰减测量仪 9之间实现循环流动，避免了海水中颗粒物载荷重力作用下的不均一和沉降，保证了测量的稳定性。手动调节(可以通过手柄进行调节) 保持架B15的角度，从而保证光纤探头16与实验水槽7中海水表面的入射角度的一定；调节后，止回卡12与棘轮11实现保持架B15和测量角度的锁定，保证测量精度。测量完成后，将多光谱后向散射仪 17旋转移出实验水槽7，马达1驱动线性滑轨滑块21带动多光谱后向散射仪17旋转移出实验水槽7上升复位。
上述机械性实验环节可以有效消除人为实验操作时的引入误差和不确定性因素，提高实验观测精度。