专利名称：一种冰体散射测量装置及其测量方法
技术领域：
本发明涉及海洋监测领域，尤其涉及一种冰体散射测量装置及其测量方法。
背景技术：
海冰对全球气候系统具有很大的影响。海冰由气泡、卤水泡、晶体盐、杂质、纯冰等组成。通过测量海冰的散射，可以了解海冰内部各个组分的分布特性。由于海冰是一种固体物质，海冰特定角度的散射光的测量可首先在海冰上钻取相同倾角的冰洞，然后将探头放置于冰洞内测量海冰的散射，测量中主要面临的难点问题为 1.测量散射需要测量来自斜洞壁面的辐射光，从而需要光学探头垂直固定于光纤套筒上， 传统的柱型探头太长，为了测量海冰散射，所钻取的冰洞的直径要略大于探头的轴向长度， 从而导致对光场的破坏，应设计何种探头才能最小化地减小冰洞的直径。目前，并没有专用的商业仪器用于测量海冰散射，研究学者们测量海冰散射光谱时多采用自主研发的各类海冰散射光谱测量装置，并且其中大多数都是基于地物光谱仪改装而成，并且针对本文上述的测量海冰散射光谱中面临的难点问题，暂时还没有一个完美的解决方案。
发明内容
本发明的目的是研制一种适用于测量固体物质特别是冰体散射光场分布的射测
量装置及其测量方法。为了实现上述目的，本发明包括如下技术特征
一种冰体散射测量装置，所述装置包括数据采集装置、探头装置、支架装置，所述数据采集装置与探头装置连接，用于采集探头装置所测量散射光场分布的数据，所述支架装置与所述探头装置连接，用于固定探头装置，支架装置用于设定探头于不同天顶角和不同深度。所述数据采集装置为PC104工业式嵌入式电脑和订制的光谱仪，采用耐低温保护，结合所设计的软件实现数据实现自动采集及存储或采用人工操作对数据进行采集及存储。所述探头装置由探头和光纤管组成，所述光纤管用于连接所述探头和所述数据采
集装直ο所述探头为一长端和一短端组成的L型辐亮度探头。为了测量海冰散射特性，需要在海冰上钻取不同倾角的冰洞，冰洞钻取的直径越大，将导致海冰光场受到的破坏越大， 因此，所设计的辐亮度探头体积应较小，传统的探头对于冰洞内测垂直方向将导致所需要开凿的冰洞直径过大，不能满足测量的要求，在此设计一个L型探头，所述探头为一长端和一短端成90度角组成的L型辐亮度探头，所述探头的长端和短端90度夹角处装有一块高反射镜片，用于将垂直于所述探头长端的入射的光场导入光纤管中进行测量，以此可满足所开凿的冰洞直径较小的要求，探头及光纤管均镀成黑色，以减小仪器对光场的影响。
所述支架装置由圆弧板、套管和支架组成，所述圆弧板于圆心处与所述支架上连接，固定在所述支架上，板上设有角度标志，中间开有弧形孔，所述套管上设有第一顶柱和第二顶柱，所述第一顶柱固定于所述圆弧板的圆心处，，所述第二顶柱置于所述圆弧板的弧形孔内，并可以在弧形孔内滑动，通过锁紧所述第一、第二顶柱将所述套管固定，所述套管与所述探头装置连接，套管的顶柱可在弧形孔内滑动，以此可设定套管于10度 180度内任一位置。将光纤管插入套管内，能通过两个顶柱可设定散射探头于不同的深度。具体测量散射Li ( θ，ζ)，其中θ为散射角，ζ为探头所放的深度，首先选取要测量的海冰，在冰体上钻取一个垂直的冰洞，所钻的冰洞确保不能穿透海冰，设定探头入射窗口中心与洞口平行，测量辐亮度Li ( θ，ζ)，为了削除在测量过程中因天空变化所带来的影响，在测量海冰辐亮度的过程中，还需要用太阳下行辐射探头监测太阳辐照度h，测量完成后，辐射探头&保持不变，将散射探头按照一定的间隔向下调节，以测量在垂直冰洞内的散射剖面，当垂直冰洞测量完成时，在待测量海冰的附近钻取一个斜洞，探头窗体以向上方向以一定的间隔测量这个角度内的散射剖面，测量完成时，转动探头180度，以相反的方向再次测量散射剖面。按照此步骤，依次钻取不同的倾斜冰洞进行测量，以完成不同散射角度剖面的测量。每次测量的间隔，将塑料管放入冰洞底，抽干冰洞内所渗透的海水，以避免浸没效应的影响。相对现有技术，本发明具有以下优点
本发明中采用自动化的方法来收集测量到数据，便于数据的统计，和处理，所用L型探头，通过在探头内部加一片高反射的镜片，将垂直入射的光场导入光纤中进行测量，以此可满足所开凿的冰洞直径较小的要求，探头及光纤保护管均镀成黑色，以减小仪器对光场的影响，采用的支架装置便于设定探头于10度 180度内任一位置。将光纤保护管插入套管内，能通过两个顶柱可设定散射探头于不同的深度。
图1为本发明“L”型辐亮度探头示意图； 图2为本发明散射角度θ剖面示意图3为本发明散射角度180- θ剖面示意图。
具体实施例方式本发明为一种冰体散射测量装置，所述装置包括数据采集装置、探头装置、支架装置，所述数据采集装置与探头装置连接，用于采集探头装置所测量散射光场分布的数据，所述支架装置与所述探头装置连接，用于固定探头装置，支架装置用于设定探头于不同天顶角和不同深度的。所述数据采集装置为PC104工业式嵌入式电脑和订制的光谱仪，采用耐低温保护，结合所设计的软件实现数据实现自动采集及存储或采用人工操作对数据进行采集及存储。如图1所示，本发明为一种“L”型辐亮度探头，1为石英玻璃，2为高反射率的反射镜，3为光纤保护管。探头的最大直径为3. Scm0探头采用防水设计，可承受20m的水压。为了减少仪器对光场的影响，探头镀为黑色。
如图2为测量散射角度θ剖面的示意图，7为半圆板，8为“L”型辐亮度探头，9为待测量的海冰，4为所钻取的冰洞。半圆板直径30cm，半圆板上设有角度标志，中间开有弧形孔，5为套管，套管的顶柱可在弧形孔内滑动，以此可设定套管于10度 180度内任一位置。套管长度为35cm，内设有第一顶柱6，第二顶柱10通过锁紧顶柱可将光纤保护管固定， 以此设定探头于特定的位置。如图3为测量散射角度180-θ剖面的示意图，即当散射角度θ剖面测量完毕时， 将“L”型探头翻转180度，其它设置保持不变，以同样的步骤，即可实现散射角度180- θ剖面的测量。具体测量散射Li(e，z) (θ为散射角，ζ为探头所放的深度)，首先选取要测量的海冰3，在冰体上钻取一个垂直的冰洞，所钻的冰洞确保不能穿透海冰，设定“L”型辐亮度探头2与洞口平行，测量辐亮度Li (0,0)，同时用辐照度探头测量太阳的下行辐照度Es，测量完成后，将“L”型辐亮度探头2按照一定的间隔向下调节，以测量在垂直冰洞内的散射剖面，当垂直冰洞测量完成时，在待测量海冰的附近钻取一个斜洞，探头窗体以向上方向以一定的间隔测量这个角度内的散射剖面，测量完成时，转动探头180度，以相反的方向再次测量散射角度为180-θ剖面。按照此步骤，依次钻取不同的倾斜冰洞进行测量，以完成不同散射角度剖面的测量。每次测量的间隔，将塑料管放入冰洞底，抽干冰洞内所渗透的海水， 以避免浸没效应的影响。测量过程中，确保支架与太阳入射面是垂直的。同时为了减少仪器对光场的影响，仪器镀为黑色。
权利要求
1.一种冰体散射测量装置，包括数据采集装置、探头装置、支架装置，所述数据采集装置与探头装置连接，用于采集探头装置所测量散射光场分布的数据，所述支架装置与所述探头装置连接，用于固定探头装置，其特征在于，所述探头装置由探头和光纤管组成，所述光纤管用于连接所述探头和所述数据采集装置，所述探头为一长端和一短端组成的L型辐亮度探头。
2.根据权利要求1所述的冰体散射测量装置，其特征在于，所示数据采集装置由计算机和光谱仪组成，所述光谱仪与所述探头连接，采集由探头传送过来的光信息，经处理后传送到所述计算机进行处理和存储。
3.根据权利要求1或2所述的冰体散射测量装置，其特征在于，所示数据采集装置采用预设计的软件对数据实现自动采集及存储或采用人工操作对数据进行采集及存储。
4.根据权利要求1所述冰体散射测量装置，其特征在于，所述L型辐亮度探头的长端和短端夹角为90°。
5.根据权利要求1或4所述冰体散射测量装置，其特征在于，所述L型辐亮度探头的长端和短端夹角处装有一块反射镜片，用于将垂直于所述探头长端的入射的光场导入光纤管。
6.根据权利要求1所述冰体散射测量装置，其特征在于，所述探头及光纤管均渡为黑色。
7.根据权利要求1所述冰体散射测量装置，其特征在于，所述支架装置由圆弧板、套管和支架组成，所述圆弧板固定在所述支架上，圆弧板上设有角度标志，中间开有弧形孔，所述套管上设有第一顶柱和第二顶柱，所述第一顶柱固定于所述圆弧板的圆心处，所述第二顶柱置于所述圆弧板的弧形孔内，并在弧形孔内滑动，所述第一、第二顶柱用于固定所述套管，所述套管与所述探头装置连接，所述光纤管置于所述套管内。
8.根据权利要求7所述的冰体散射测量装置，其特征在于，所述圆弧板为半圆板。
9.根据权利要求1所述的冰体散射测量装置所实现的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤首先选取要测量的海冰，在冰体上钻取一个冰洞，设定探头入射窗口中心与洞口平行，测量辐亮度Li ( θ，ζ)，测量完成后，根据太阳辐照度h将所述探头装置按照一定的间隔向下调节，以测量在冰洞内的散射剖面，其中Li( θ，ζ)，θ为散射角，ζ为探头装置所放的深度。
10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，对于垂直冰洞，设定探头与洞口平行，测量辐亮度Li ( θ，ζ)，测量完成后，将探头装置按照一定的间隔向下调节，以测量在冰洞内的散射剖面；测量完垂直冰洞，在待测量海冰的附近钻取一个斜洞，探头装置窗体以正面向上的方向，以一定的间隔测量这个角度内的散射剖面，测量完成时，转动探头装置180度，以相反的方向再次测量散射剖面，按照上述步骤，依次钻取不同的倾斜冰洞进行测量，完成不同散射角度剖面的测量。
全文摘要
一种冰体散射测量装置，所述装置包括数据采集装置、探头装置、支架装置，所述数据采集装置与探头装置连接，用于采集探头装置所测量散射光场分布的数据，所述支架装置与所述探头装置连接，用于固定探头装置，支架装置用于设定探头于不同天顶角和不同深度，所述装置所用L型探头，通过在探头内部加一片高反射的镜片，将垂直入射的光场导入光纤中进行测量，以此可满足所开凿的冰洞直径较小的要求。
文档编号G01N21/01GK102288553SQ201110125838
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者孙兆华, 杨跃忠, 王国青, 许占堂 申请人:中国科学院南海海洋研究所