本发明涉及光学观测领域，具体涉及一种用于现场光学观测的设备。
背景技术：
海洋科学在20世纪后半叶得到迅速发展，人们逐渐认识到海洋在全球环境与人类社会可持续发展中发挥着至关重要的调节作用。海洋水体研究是研究海洋环境的基础，在洋流监测、气象预报、防灾减灾、环境治理、极地科考中都占据着重要地位。目前国内外都已展开对海洋水体的深入研究，其中，海洋光学研究是运用光学技术探测海洋的科学研究，能够获取海洋的光学性质以及光在海洋中的传播规律，其基础研究的实验方法主要是运用现场和实验室的测量方法进行海洋光学性质的研究，例如研究日光射入海洋后，经过辐射传递过程所产生的、由海洋表层向上的光谱辐射场。
现有技术中，对于海洋这类水体光谱辐射场的实地测量多采用高光谱辐射计。但是由于海洋的测量环境具有特殊性，尤其是在面积广阔的深海洋面进行测量作业，测量人员无法近距离地维护和调整辐射计的状态，而且为了显著提高测量的精确度，辐射计本身产生的光影影响必须尽可能降低。鉴于这些因素，有必要研发一种自体产生光影小且具有自动清洁能力的高光谱辐射计。
技术实现要素：
本发明的目的在于：提供一种适用于现场探测的自阴影小的高光谱辐射计。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
提供一种可同步测量辐照度和辐亮度的高光谱辐射计，包括一个中空管状外壳，所述中空管状外壳两端设有具有一定厚度的实心端盖一和实心端盖二，所述实心端盖一和实心端盖二之间形成内仓；所述的实心端盖一沿轴向至少开有通孔一，所述的实心端盖二沿轴向至少开有通孔二；所述的通孔一和通孔二均设置玻璃形成窗口一和窗口二；所述的窗口一以内的通孔一设置平凸透镜，所述的平凸透镜镜面垂直通孔一的轴向，且凸面朝向所述窗口一；所述的窗口二以外的通孔二内垂直轴向设置余弦校正器；所述内仓中设置电路板和两组分光器，所述的电路板包括分光器驱动单元和数据采集单元；所述的两组分光器，分别通过光纤连接所述的平凸透镜和窗口二，同时分别通过导线连接所述的电路板的分光器驱动单元；所述的中空管状壳体侧壁上至少设置连接器一，用于对外连接供电设备，所述连接器一在中空管状壳体内通过导线与所述电路板电连接。
本发明的高光谱辐射计，其内置的两组分光器分别通过光纤连接内设平凸透镜的窗口一和外设余弦校正器的窗口二，当窗口二竖直朝向天空而窗口一竖直朝向水面或地表等观测面时，即可实现统一姿态下的辐照度和辐亮度同步测量；而且将两种光学探头集成于同一壳体内不仅能够大幅减小测量设备的自阴影影响，而且更加便于本发明的高光谱辐射计在其他应用平台上的拆装和调整。
本发明所述的高光谱辐射计中，所述内仓中设置的两组分光器之间位置没有特别的限定，以分光器的光纤一端为正向来讲，两组分光器可以在内仓的任意位置背对背相邻设置，也可以在内仓任意位置背对背间隔设置，还可以是在内仓的任意位置面对面设置；面对面设置时，两组分光器与平凸透镜和窗口二之间形成光纤的对向交叉连接。
本发明优选的一种所述的高光谱辐射计中，所述的两组分光器分设在所述内仓两端，并分别通过光纤连接窗口二和平凸透镜中较远的一个，由此形成光纤的对向交叉连接。这种方式设置分光器，可以很大程度地减小本发明高光谱辐射计的整体长度，把辐射计自阴影对测量的影响降到很小。
本发明优选的另一种所述的高光谱辐射计中，所述的两组分光器在所述内仓中间相邻设置，并分别通过光纤连接窗口二和平凸透镜中较近的一个，由此形成分光器背靠背的连接。这种方式设置分光器，可以在一定程度上减小本发明高光谱辐射计的整体直径，辐射计自阴影的影响也会有所减少。
本发明优选的方案中，所述的实心端盖一和实心端盖二上进一步开有通孔三和通孔四；所述的通孔三和通孔四内分别设置旋转电机；每一个所述的旋转电机沿所在通孔的轴向设置转轴，每个所述的转轴顶端突出于所在通孔之外，每个所述转轴顶端垂直固接刮擦条；两个所述的刮擦条分别与所述的窗口一和余弦矫正器的外表面紧密接触，并可随转轴的转动在所述外表面上往复运动，通过摩擦实现清洁；所述的电路板进一步包括旋转电机驱动单元，所述的每个旋转电机在所述内仓中通过导线与所述的电路板的旋转电机驱动单元电连接。
本发明优选的方案中，所述的中空管状壳体侧壁上还设置连接器二和连接器三，所述的连接器二用于对外连接通讯设备以接收外部控制，所述连接器三用于对外连接GPS设备以接收位置信息；所述的连接器二和连接器三在中空管状壳体内通过导线与所述电路板电连接。
本发明优选的方案中，所述的实心端盖一分为盖体一和压板一两部分，所述的盖体一和压板一固定连接，所述的通孔一贯穿所述的盖体一和压板一但盖体一的孔径小于压板一的孔径；所述的实心端盖二分为盖体二和压板二两部分，所述的盖体二和压板二固定连接，所述的通孔二贯穿所述的盖体二和压板二但盖体二的孔径小于压板二的孔径；所述的窗口一设置在所述的压板一上，所述的平凸透镜设置在所述的盖体一上，所述的窗口二和余弦校正器均设置在所述的压板二上；所述的两组分光器通过光纤分别经盖体一上的通孔一和盖体二上的通孔二连接盖体一上的平凸透镜和压板二上的窗口二。
本发明进一步优选的方案中，所述的窗口一的玻璃为周围磨平中间凸起的形状，所述的压板一上开孔形状与所述窗口一的玻璃形状相配合，使窗口一的玻璃可以由内向外嵌合至所述压板一上，并由所述压板一将所述窗口一的玻璃压紧在所述盖体一的通孔一上；所述的盖体一上，光纤端头与平凸透镜的间距小于所述平凸透镜的焦距。
本发明进一步优选的方案中，所述的窗口二外设置的余弦矫正器呈中间凸起的形状，所述压板二的通孔二外端形状与所述的余弦矫正器形状相配合，使压板二压住余弦矫正器的周边而露出余弦矫正器的中间凸起部分；所述的余弦矫正器与窗口二的玻璃之间设置压紧螺套用于压紧窗口二的玻璃以实现固定和密封效果。
本发明进一步优选的一种方案中，所述的电路板上设置倾角传感器；所述的端盖一、端盖二和/或壳体外表面上设置压力传感器；通过增设所述传感器，使本发明的高光谱辐射计可应用到水体剖面测量中。
本发明进一步优选的另一种方案中，所述的端盖一外围套接遮光罩，所述的遮光罩优选哑光黑色非极性硬质材料制成的锥筒，其轴线与母线呈10-15°角，所述锥筒窄口一端正对所述的窗口一。本发明增设了遮光罩的高光谱辐射计适合加载在浮体上用于水体表观光谱的原位测量。
与现有技术相比，本发明的高光谱辐射计内部设置两个分光器，并且分别通过光纤连接两个探测窗口，形成辐照度和辐亮度双探头一体化结构，可实现统一姿态下的辐照度和辐亮度同步测量，而且可以在很大程度上减少探头的总尺寸，特别是辐射计内部交叉安装两个分光器时，能够最大可能地减少探测设备的长度尺寸。当本发明的辐射计设置了由旋转电机、转轴和刮擦条构成的防污装置时，可使辐射计在长期无人值守状态下使用，大大降低人力维护成本，保证了探测实验的连续性和准确性。而且，本发明的辐射计高度集成化，内置的电路板不仅可以驱动光谱采集，还设置了数据采集功能，使本发明的这种单个仪器可作为一个系统使用，大大简化了光学探测实验的过程，节约了成本。
本发明所述的高光谱辐射计可以广泛应用于多种场景的观测，包括水体、沙地或雪地等场景的原位光谱测量，以及水下不同深度的剖面测量。
附图说明
图1是实施例1所述的高光谱辐射计的外部结构示意图。
图2是实施例1所述的高光谱辐射计整体结构剖视图。
图3是实施例2所述的高光谱辐射计整体结构剖视图。
图4是实施例3所述的高光谱辐射计整体结构剖视图。
图5是实施例1、2和3所述的端盖一结构放大图。
图6是实施例1、2和3所述的端盖二结构放大图。
图7是实施例4加装遮光罩的高光谱辐射计整体结构剖视图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例1
一种可同步测量辐照度和辐亮度的高光谱辐射计，如图1所示，包括一个外壳1，外壳1两端设有具有一定厚度的实心端盖一2和实心端盖二3，如图2所示，实心端盖一2和实心端盖二3之间形成内仓10；内仓10设有电路板11，电路板11两端分别设有两组分光器12。
如图5所示，实心端盖一2由盖体一21和压板一22构成，沿轴向开设的两个通孔贯穿盖体一21和压板一22，压板一22的一个通孔内嵌装有周围磨平中间凸起形状的玻璃，通孔形状与玻璃形状相配合，形成窗口一221；盖体一21上与窗口一221相对的通孔内设置平凸透镜211；平凸透镜211的凸面朝向窗口一221；盖体一21的另一个通孔内设置旋转电机40，旋转电机40向压板一22方向延伸出转轴41，转轴41顶端突出在压板一22之外，转轴41顶端垂直固接刮擦条42；刮擦条42与窗口一221紧密接触，旋转电机40带动转轴41转动，进而带动刮擦条42在窗口一221外表面上往复运动，通过摩擦清洁窗口一221。
如图6所示，实心端盖二3由盖体二31和压板二32构成，沿轴向开设的两个通孔贯穿盖体二31和压板二32，压板二32内的一个通孔设置玻璃形成窗口二321，窗口二321以外的通孔内依次设置压紧螺纹套322和余弦矫正器323，压紧螺纹套322通过与压板二32之间的螺接来压紧窗口二321以实现固定和密封效果；余弦矫正器323中心凸起，与压板二32的通孔最外段形状相配合，凸起部分突出通孔以外1mm，周围部分被压板二32压紧固定；盖体二31的另一个通孔内设置旋转电机40，旋转电机40向压板二32方向延伸出转轴41，转轴41顶端突出在压板二32之外，转轴41顶端垂直固接刮擦条42；刮擦条42与余弦矫正器323凸起部分表面紧密接触，旋转电机40带动转轴41转动，进而带动刮擦条42在余弦矫正器323外表面上往复运动，通过摩擦清洁余弦矫正器323。
如图2所示，内仓10中的两组分光器12分别通过光纤13连接窗口二321和平凸透镜211中较远的那个，由此形成光纤13的对向交叉连接；其中连接平凸透镜211的光纤13的端头与平凸透镜211之间保留一定间距，该间距小于平凸透镜211的焦距；电路板11包括分光器驱动单元、数据采集单元和旋转电机驱动单元，两组分光器12通过导线连接电路板11的分光器驱动单元，旋转电机40通过导线与电路板11的旋转电机驱动单元电连接。如图1、2所示，壳体1侧壁上设置连接器14，用于对外连接供电设备，连接器14在壳体1内通过导线与电路板11电连接。
本实施例的高光谱辐射计，其内置的两组分光器分别通过光纤连接内设平凸透镜的窗口一和外设余弦校正器的窗口二，当窗口二竖直朝向天空而窗口一竖直朝向某种介质表面时，即可实现统一姿态下的辐照度和辐亮度同步测量，同时，将两种光学探头集成于同一壳体内可以很大程度地减小高光谱辐射计的整体长度，把辐射计自阴影对测量的影响降到很小，而且更加便于高光谱辐射计在其他应用平台上的拆装和调整。实践中，应用于现场采用水面以上测量法测量海水原位表观光谱时，本实施例的高光谱辐射计测得的数据结果精准度非常高。
实施例2
一种可同步测量辐照度和辐亮度的高光谱辐射计，其主要结构同实施例1，区别在于，如图3所示，其内仓10中的两组分光器12在中间位置相邻设置，并分别通过光纤13连接窗口二321和平凸透镜211中较近的那个，由此形成分光器12背靠背的连接。
此外，电路板11上还包括定位单元和通讯单元；连接器14可以同时对外连接供电设备、通讯设备和GPS设备，用来获取电能、接收外部控制以及接收位置信息；连接器14在壳体1内通过导线与电路板11上的相应单元电连接。
本实施例的分光器设置，可以在一定程度上减小高光谱辐射计的整体直径，辐射计自阴影的影响也会有所减少。
实施例3
一种可同步测量辐照度和辐亮度的高光谱辐射计，其主要结构同实施例1、2，区别在于，如图4所示，其内仓10中的两组分光器12设置在内仓10的两端，并分别通过光纤13连接窗口二321和平凸透镜211中较近的那个。在电路板尺寸和光纤长度都可以最小化的前提下，内仓10的尺寸可以达到最小，相应的辐射计在探测过程中形成的自阴影也会最小。
实施例4
一种用于水体表观光谱原位测量的一体式高光谱辐射计，其主要结构同实施例1、2或3。区别在于，如图7所示，实心端盖一2设有压板一22的一端加装了遮光罩5，遮光罩5是哑光黑色非极性硬质材料制成的锥筒，其轴线与母线呈10-15°角，锥筒窄口一端正对窗口一221。