一种水下成像观测设备的制作方法

本实用新型涉及一种水下成像观测设备，尤其是对海水中气泡、悬浮颗粒物、浮游物等进行观测的设备，属于水样观测技术领域。

背景技术：

目前，对于海水中气泡、悬浮颗粒物、浮游物等微小物体的分布状态以及粒径尺寸通常采用声散射方法或者光学投影方法来观测。其中，在采用声散射方法对气泡参数进行检测的过程中，所需使用的设备结构相对简单，检测方便，但受环境噪声影响比较大，检测精度低，在解决流场中气泡的空间分布(如速度和粒径等)问题时，很难达到良好的效果。光学投影方法是目前用来研究气泡参数的主要方法，其检测设备相对复杂，成本高，但是成像精度高，可以获得很清晰的气泡图像。

目前，基于光学投影方法设计的气泡观测装置大多仅适用于实验室环境，需要将待测水域的水样提取上来，转移至岸上或船上进行气泡参数的相关检测，但是水样在提取的过程中，溶解在水样中的气体会发生各种损失，继而导致测量结果的不准确。公开号为cn105158124b的中国发明专利公开了一种气泡图像原位采集装置，利用光学投影的原理，可以对溶解在待测水域中的气泡图像实现原位采集，测量结果较为精确；但是该专利整体为框架式结构，测量部件(例如：光源组件、光线散射组件和光电成像组件)均直接暴露在海水中，在观测过程中，会受到海洋动植物的碰撞或者缠绕，导致测量部件受到海洋动物撞击发生松脱或者整个装置倒塌，或者被海洋植物缠绕导致被遮挡，最终造成测量结果不准确甚至无法完成测量。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种能够避免海洋动植物直接碰撞或者缠绕测量部件的水下成像观测设备，它克服了现有技术的测量部件容易被碰撞或者缠绕，最终导致测量结果不准确甚至无法完成测量的弊端，具有测量结果准确度高的优点。

为实现上述目的，本实用新型提供一种水下成像观测设备，包括测量部件，测量部件包括光源组件、光线散射组件以及光电成像组件，其中，光源组件、光线散射组件的中心轴线重合，其特征在于，所述测量部件设置于球形壳体内，所述球形壳体由透明材料制成，所述光电成像组件倾斜设置于光线散射组件上方，且所述光源组件、光线散射组件的中心轴线与光电成像组件的中心轴线交汇于球形壳体外一点，所述球形壳体包括上壳体以及与上壳体可拆卸连接的下壳体，在所述上壳体顶部固定设置有用于连接吊放装置的吊放扣，通过吊放装置将所述水下成像观测设备吊放至待测水域中进行成像观测。

进一步的，所述上壳体内固定设置有上隔离板，且在所述上隔离板开设有两个管道通孔，所述下壳体内固定设置有下隔离板，且在所述下隔离板开设有两个管道通孔，所述上壳体与所述下壳体配合形成完整球体后将球体内空间分为相互隔离的三部分，分别为上部的气仓、中部的置物仓以及下部的水仓，并且所述上隔离板、下隔离板平行设置，所述光源组件、光线散射组件以及光电成像组件分别通过固定夹一、固定夹二、固定夹三固定安装在下隔离板上。

进一步的，所述置物仓内设置有泵一与泵二，所述泵一、泵二分别固定安装在泵一支架、泵二支架上，所述泵一连接管道一，所述管道一上端穿过上隔离板管道通孔与所述气仓连通，下端穿过下隔离板管道通孔与所述水仓连通，所述泵一用于将水仓上方的空气抽出并排出入到气仓中，所述泵二连接管道二，所述管道二上端穿过上隔离板管道通孔与所述气仓连通，下端穿过下隔离板管道通孔与所述水仓连通，所述泵二用于将气仓的空气抽出并排出入到水仓中。

进一步的，所述下壳体上开设有液流口，所述液流口位于所述下隔离板下方，且在所述液流口内设置有阀门，通过启闭阀门实现海水的隔断。

进一步的，所述液流口内阀门的外侧设置有过滤网，用于防止海水中的生物或者悬浮物经过阀门。所述阀门选优为电控阀门，并在所述阀门外侧设置有动密封，防止短路失效。

进一步的，所述光源组件中设置有第一密封舱体，所述第一密封舱体包括呈圆筒状的第一外壳以及安装在外壳两端的第一端盖，所述第一外壳横置，在与所述光线散射组件相邻的一侧端盖上安装有透明玻璃一，所述第一密封舱体中设置有电路支架，在所述电路支架上安装有光源和光源调制电路，所述光源调制电路调节所述光源的发光强度。

进一步的，所述光源调制电路中设置有电压转换电路、主控单元、串口通信电路和连接所述光源的恒流源驱动电路；所述电压转换电路接收岸边或者船舶提供的供电电源，并对所述供电电源进行电压转换后，输出至主控单元、恒流源驱动电路和串口通信电路；所述串口通信电路与上位机通信，接收控制信号并传输至所述的主控单元，所述主控单元根据接收到的控制信号调节其输出至恒流源驱动电路的pwm信号的占空比，进而通过恒流源驱动电路调整所述光源的发光强度。

进一步的，所述光线散射组件中设置有支撑框架以及安装在所述支撑框架中的磨砂玻璃，通过所述磨砂玻璃对光源发出的光线进行散射，以使照射待测水样的光线均匀。

进一步的，所述光电成像组件中设置有第二密封舱体以及安装在所述第二密封舱体中的支架，所述第二密封舱体包括呈圆筒状的第二外壳以及安装在壳体两端的第二端盖，所述第二外壳横置，在与所述下壳体相邻的一侧端盖上安装有透明玻璃二，所述支架上安装有光电成像器件和电压转换电路，所述电压转换电路接收岸边或者船舶提供的供电电源，并对所述供电电源进行电压转换后，输出至所述的光电成像组件；所述光电成像组件将采集到的图像数据上传至上位机。

本实用新型具有如下优点：本发明的水下成像观测设备的测量部件设置于球形壳体内，由于受到外部球形壳体的保护，克服了现有技术中测量部件容易被碰撞或者缠绕，最终导致测量结果不准确甚至无法完成测量的弊端，提高测量准确度。此外，球形壳体还可以在受到撞击时将一部分撞击力转化为自身旋转的动能，进一步降低撞击对内部测量部件的测量准确度的影响。

附图说明

图1：本实用新型一种水下成像观测设备的整体结构示意图；

图2：本实用新型一种水下成像观测设备的局部结构示意图；

图3：本实用新型一种水下成像观测设备的系统电路原理框图。

符号说明：

1、上壳体，2、下壳体，3、吊放扣，4、液流口，5、阀门，6、上隔离板，7、下隔离板，8、气仓，9、置物仓，10、水仓，11、泵一，12、管道一，13、泵一支架，14、泵二，15、管道二，16、泵二支架，17、过滤网，18、固定夹一，19、固定夹二，20、固定夹三，21、光源组件，22、光线散射组件，23、光电成像组件，211、第一外壳，212、透明玻璃一，213、电路支架，221、支撑框架，222、磨砂玻璃，231、第二外壳，232、透明玻璃二。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明：

如图1-图3所示，本实用新型一种水下成像观测设备，包括测量部件，测量部件包括光源组件21、光线散射组件22以及光电成像组件23，并且测量部件设置于封闭的球形壳体内，球形壳体由透明材料制成，能够实现对球形壳体外的水样的成像观测任务。其中，光源组件21、光线散射组件22的中心轴线重合，光电成像组件23倾斜设置于光线散射组件22上方，且光源组件21、光线散射组件22的中心轴线与光电成像组件23的中心轴线交汇于球形壳体外一点，以便获取较为清晰的图像。其中，球形壳体包括上壳体1以及与上壳体1可拆卸连接的下壳体2，且在上壳体1顶部固定设置有用于连接吊放装置的吊放扣3，通过吊放装置将水下成像观测设备吊放至待测水域中进行成像观测。光源组件21、光线散射组件22以及光电成像组件23分别通过固定夹一18、固定夹二19、固定夹三20固定安装在下隔离板7上，其中，固定夹一18、固定夹二19、固定夹三20均由弹性塑料材质制成，具有一定的弹性夹紧力并具有一定的变形能力，便于更换或者取放光源组件21、光线散射组件22、光电成像组件23。

为克服现有技术的测量部件直接暴露在海水中，成像观测时会容易受到海洋动植物的碰撞或者缠绕，导致测量部件受到海洋动物撞击发生松脱或者整个装置倒塌，或者被海洋植物缠绕导致被遮挡，最终造成测量结果不准确甚至无法完成测量的弊端。本发明的测量部件设置于球形壳体内，由于受到外部封闭球形壳体的保护，克服了现有技术中测量部件容易被碰撞或者缠绕，最终导致测量结果不准确甚至无法完成测量的弊端，能够显著提高测量准确度。此外，球形壳体可以在受到撞击时将一部分撞击力转化为自身旋转的动能，进一步降低撞击对内部测量部件的测量准确度的影响。

具体的，为方便的实现测量部件的取放，球形壳体分为可拆卸的连接的上壳体1与下壳体2。为能够清晰地采集到水样中气泡、悬浮颗粒物、浮游物的图像，本发明的球形壳体由透明材料制成。为便于实现水下成像观测设备放至待测水域，在上壳体1顶部设置吊放扣3，通过吊放装置将水下成像观测设备吊放至待测水域中进行观测。

为实现水下成像观测设备的在水中的上浮与下潜操作，在上壳体1内固定设置有上隔离板6，且在上隔离板6开设有两个管道通孔，在下壳体2内固定设置有下隔离板7，且在下隔离板7开设有两个管道通孔，上壳体1与下壳体2配合形成完整球体后将球体内空间分为相互隔离的三部分，分别为上部的气仓8、中部的置物仓9以及下部的水仓10，并且上隔离板6与下隔离板7平行设置。具体的，置物仓9内设置有泵一11与泵二14，泵一11、泵二14分别固定安装在泵一支架13、泵二支架16上，泵一11连接管道一12，管道一12上端穿过上隔离板6管道通孔与气仓8连通，下端穿过下隔离板7管道通孔与水仓10连通，泵一11用于将水仓10上方的空气抽出并排出入到气仓8中，泵二14连接管道二15，管道二15上端穿过上隔离板6管道通孔与气仓8连通，下端穿过下隔离板7管道通孔与水仓10连通，泵二14用于将气仓8的空气抽出并排出入到水仓10中。下壳体2上开设有液流口4，液流口4位于下隔离板7下方，且在液流口4内设置有阀门5，通过启闭阀门5实现海水的隔断。在液流口4内阀门5的外侧设置有过滤网17，用于防止海水中的生物或者悬浮物经过阀门5，且阀门5为电控阀门，在阀门外侧设置有动密封，防止短路失效。岸边或者船舶上的控制器控制阀门5的启闭，当水下成像观测设备在水中进行上浮操作时，泵二14开启，阀门5开启，气仓8中的空气沿管道二15进入水仓10，在水仓10上方的气压作用下将水仓10中的水由液流口4排出，整套设备重力减小，关闭阀门5、关闭泵二14，水下成像观测设备上浮到待测高度。当水下成像观测设备在水中进行下潜操作时，泵一11开启，阀门5开启，水仓10中的空气沿管道一12进入气仓8，此时水仓10内压力降低，在外界水压作用下海水经过液流口4进入水仓10，整套设备重力增大，关闭阀门5、关闭泵一11，水下成像观测设备下潜到待测高度。

如图2-图3所示，光源组件21中设置有第一密封舱体，第一密封舱体包括呈圆筒状且为不锈钢材质的第一外壳211以及安装在外壳两端的第一端盖，第一外壳211横置，在与光线散射组件22相邻的一侧端盖上安装有透明玻璃一212，以使光源发出的光线能够透射出来，照射待测水样。第一密封舱体中设置有电路支架213，在电路支架213上安装有光源和光源调制电路，光源调制电路调节光源的发光强度。由于水下光线不足，为了摄取到清晰的图像，需要对待测水域进行光照，以提高待测水域的亮度。为此，本实施例在光源组件21中设置了光源和光源调制电路，通过光源调制电路调节所述光源的发光强度，以适应不同亮度的检测环境。

为了对光源的发光亮度进行调节，在光源调制电路中设置有电压转换电路、主控单元、串口通信电路和连接光源的恒流源驱动电路，如图3所示。电压转换电路接收岸边或者船舶提供的供电电源，并对供电电源进行电压转换后，输出至主控单元、恒流源驱动电路和串口通信电路；串口通信电路与上位机通信，接收控制信号并传输至的主控单元，主控单元根据接收到的控制信号调节其输出至恒流源驱动电路的pwm信号的占空比，进而通过恒流源驱动电路调整光源的发光强度。具体的，电压转换电路通过电源线缆连接供电电源vcc，供电电源vcc可以由船舶或者岸边的电源提供，例如48v的直流电源，通过电压转换电路转换成主控单元、通信电路和恒流源驱动电路所需的工作电源，例如24v的直流电源，为主控单元、串口通信电路和恒流源驱动电路供电。串口通信电路作为水上的上位机与水下成像观测设备之间的数据接口电路，一方面通过信号线缆连接上位机，具体可以连接至上位机中的系统控制单元，或者采用无线通信的方式与上位机进行数据的无线传输，以接收系统控制单元发出的控制指令，例如光源亮度的调节指令。在本实施例中，以串口通信的方式与上位机进行数据通讯，串口通信电路将接收到的控制指令传输至主控单元，主控单元根据接收到的控制指令调节其输出的pwm信号的占空比，对恒流源驱动电路输出的驱动电源进行调节，继而实现调节光源发光强度的功能。

需要说明的是，为了达到节约能源，提高光源发光强度的设计目的，本发明优选使用多个led灯珠组成的光源，以进一步起到缩小装置整体尺寸的作用，同时，led灯珠组成的led光源，发射可见光，并同时起到降低光源工作温度的作用。

由于通过led光源发出的光束无法均匀地照射待测水样，为此，本实施例在光源组件21正前方设置了光线散射组件22，光线散射组件22中设置有支撑框架221以及安装在支撑框架221中的磨砂玻璃222，通过磨砂玻璃222对光源发出的光线进行散射，以使照射待测水样的光线均匀。需要说明的是，为了获得更加理想的散射效果，本发明在支撑框架221中优选安装多片相同规格的磨砂玻璃222。

光电成像组件23中设置有第二密封舱体以及安装在所述第二密封舱体中的支架，第二密封舱体包括呈圆筒状且为不锈钢材质的第二外壳231以及安装在壳体两端的第二端盖，第二外壳231横置，在与下壳体2相邻的一侧端盖上安装有透明玻璃二，以使光电成像器件23能够拍摄到待测水样中的气泡、悬浮颗粒物、浮游物的图像。支架上安装有光电成像器件和电压转换电路，电压转换电路接收岸边或者船舶提供的供电电源vcc，例如48v的直流电源，并对供电电源进行电压转换后，转换为光电成像组件23所需的工作电源，例如24v的直流电源，然后输出至光电成像组件23为其供电；所述光电成像组件23将采集到的图像数据上传至上位机，如图3所示。

在本实施例中，光电成像组件23优选采用高分辨率的工业相机和高分辨率的镜头组成，用于获取待测水样中气泡、悬浮颗粒物、浮游物的图像，并生成图像数据，通过数据线缆上传至上位机。上位机利用其数据获取与处理单元对接收到的图像数据进行处理和分析，计算出气泡、悬浮颗粒物、浮游物的参数，并可为用户提供图形化的统计结果。当然，为了达到远程监控的目的，也可以在光源组件21和光电成像组件23中内置无线通信模块，采用无线通信的方式实现控制指令以及图像数据的无线传输。对于光源组件21和光电成像组件23中各用电负载所需的工作电源，则可以采用内置电池的方式进行独立供电。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。