一种海洋颗粒物原位探测装置

本发明涉及光学测量仪器领域，特别是涉及一种海洋颗粒物原位探测装置。

背景技术：

1、海洋悬浮颗粒物主要由微藻、泥沙、微塑料和其他生物、非生物颗粒组成，这些悬浮颗粒物参与了几乎所有的海洋过程，是海洋的重要组成部分，对于海洋环境研究、生物动力学和沉积动力学具有极其重要的意义。海洋中悬浮颗粒物具有种类多、变化大等特点，不同种类悬浮颗粒物的占比也将决定水体的光学性质，会对水体生态系统产生巨大影响。

2、对微藻、泥沙、微塑料等悬浮颗粒物进行测量与监控，有利于生态环境保护与人类社会良性发展，目前已有很多方法和仪器进行了相关应用。传统的水体颗粒分类方法利用光学显微镜进行观察测量，其主要基于颗粒大小、形状、颜色和形态学特征，辅以比较解剖学特征，是目前颗粒物分类的标准方法，但是该方法需要专业化、系统化的分类学人才，工作量大、耗时长，准确性容易受到人为主观因素的干扰。在基于单颗粒光强散射的测量仪器中，流式细胞仪应用最为广泛，流式细胞仪通过流体动力学的聚焦作用，使得水体颗粒物在鞘液中单个排列并通过探测区域，同时记录下单个颗粒物的散射光和激发荧光强度等，进一步利用这些数据对不同的颗粒物进行细致分类，或对某些生命过程进行定量表征分析，但是水体中悬浮颗粒物的广泛粒径分布和液流系统的堵塞会限制水下流式细胞仪的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决原位高效识别海洋颗粒物的技术问题，提出一种海洋颗粒物原位探测装置。

2、本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

3、一种海洋颗粒物原位探测装置，包括：

4、激光发射模块、偏振态发生模块、第一测量模块、非偏振分束模块、照明模块、接收模块及第二测量模块；

5、所述激光发射模块用于发射激光；

6、所述偏振态发生模块设置于所述激光发生模块之前，用于使所述激光变为偏振光，并对所述偏振光的偏振态进行调制；

7、所述非偏振分束模块设置于所述偏振态发生模块之前，用于将所述偏振光按预定比例分束，分为第一光束及第二光束；

8、所述第一测量模块用于接收第一光束并同时测量所述第一光束的预定偏振检测方向的偏振光强；

9、所述照明模块用于将所述第二光束聚焦至探测区域；

10、所述接收模块用于收集所述第二光束照射水中的悬浮颗粒物后产生的散射光及荧光并转化为平行的第三光束；

11、所述第二测量模块用于接收所述第三光束并同时测量所述散射光的预定偏振检测方向的偏振光强及所述荧光的荧光分量。

12、在一些实施例中，还包括如下技术特征：

13、还包括三棱镜，所述三棱镜设置于所述非偏振分束模块及所述照明模块之间。

14、在一些实施例中，所述第一光束的预定偏振检测方向包括0°、90°、45°和左旋圆。

15、在一些实施例中，所述第三光束的预定偏振检测方向包括0°、90°、45°和左旋圆。

16、在一些实施例中，所述接收模块接收第二光束照射水中的悬浮颗粒物后的后向120°±6.6°散射光。

17、在一些实施例中，还包括第一陶瓷窗口及第二陶瓷窗口，所述第一陶瓷窗口设置于所述照明模块与水中的悬浮颗粒物之间，所述第二陶瓷窗口设置于所述接收模块与水中的悬浮颗粒物之间。

18、在一些实施例中，所述偏振态发生模块包括依次延光路设置的偏振片、第一电光调制器与第二电光调制器。

19、在一些实施例中，所述第一电光调制器的快轴与水平角度为45°±5°，第二电光调制器快轴与角度为90°±5°。

20、在一些实施例中，所述预定比例为10：90。

21、在一些实施例中，所述第一测量模块包括第一至第三非偏振分束器、第一至第四偏振片及第一至第四光电探测器，第一至第三非偏振分束器分别将所述第一光束按照预定偏振检测方向分为四束，所述第一至第四偏振片用于实现第一光束的检偏，所述第一至第四光电探测器用于将经过所述第一至第四偏振片的光信号转换为电信号。

22、本发明与现有技术对比的有益效果包括：

23、本发明通过偏振态发生模块的设置可以使得激光的偏振态快速连续地改变，在颗粒物划过探测区域时对单个颗粒物进行多次偏振测量，通过非偏振分束模块将所述偏振光按预定比分为第一光束及第二光束，第一测量模块接收第一光束并检测第一光束的预定偏振检测方向的偏振光强的设置能够实时监测激光的偏振态，提高测量的鲁棒性，通过接收模块将第二光束照射水中的悬浮颗粒物后产生的散射光及荧光转化为平行的第三光束，第二测量模块接收第三光束并测量所述散射光的预定偏振检测方向的偏振光强及所述荧光的荧光分量，能够同时得出第三光束中散射光的斯托克斯向量和荧光信号,进而测出颗粒物的缪勒矩阵数据和荧光数据，实现对颗粒物的高效原位识别和分类。

24、本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。

技术特征：

1.一种海洋颗粒物原位探测装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的海洋颗粒物原位探测装置，其特征在于，还包括三棱镜，所述三棱镜设置于所述非偏振分束模块及所述照明模块之间。

3.如权利要求1所述的海洋颗粒物原位探测装置，其特征在于，所述第一光束的预定偏振检测方向包括0°、90°、45°和左旋圆。

4.如权利要求1所述的海洋颗粒物原位探测装置，其特征在于，所述第三光束的预定偏振检测方向包括0°、90°、45°和左旋圆。

5.如权利要求1所述的海洋颗粒物原位探测装置，其特征在于，所述接收模块接收第二光束照射水中的悬浮颗粒物后的后向120°±6.6°散射光。

6.如权利要求1所述的海洋颗粒物原位探测装置，其特征在于，还包括第一陶瓷窗口及第二陶瓷窗口，所述第一陶瓷窗口设置于所述照明模块与水中的悬浮颗粒物之间，所述第二陶瓷窗口设置于所述接收模块与水中的悬浮颗粒物之间。

7.如权利要求1所述的海洋颗粒物原位探测装置，其特征在于，所述偏振态发生模块包括依次延光路设置的偏振片、第一电光调制器与第二电光调制器。

8.如权利要求7所述的海洋颗粒物原位探测装置，其特征在于，所述第一电光调制器的快轴与水平角度为45°±5°，第二电光调制器快轴与水平角度为90°±5°。

9.如权利要求1所述的海洋颗粒物原位探测装置，其特征在于，所述预定比例为10：90。

10.如权利要求1所述的海洋颗粒物原位探测装置，其特征在于，所述第一测量模块包括第一至第三非偏振分束器、第一至第四偏振片及第一至第四光电探测器，第一至第三非偏振分束器分别将所述第一光束按照预定偏振检测方向分为四束，所述第一至第四偏振片用于实现第一光束的检偏，所述第一至第四光电探测器用于将经过所述第一至第四偏振片的光信号转换为电信号。

技术总结
本发明公开了一种海洋颗粒物原位探测装置，包括激光发射模块、偏振态发生模块、第一测量模块、非偏振分束模块、照明模块、接收模块及第二测量模块；激光发射模块用于发射激光；偏振态发生模块使激光变为偏振光并对偏振光的偏振态进行调制；非偏振分束模块用于将偏振光按预定比例分束，分为第一光束及第二光束；第一测量模块接收第一光束并同时测量第一光束的预定偏振检测方向的偏振光强；照明模块将第二光束聚焦至探测区域；接收模块收集第二光束照射水中的悬浮颗粒物后产生的散射光及荧光并转化为平行的第三光束；第二测量模块接收第三光束同时测量散射光的预定偏振检测方向的偏振光强及荧光的荧光分量。本发明能实现对颗粒物的高效原位识别和分类。

技术研发人员：廖然,马辉,刘弘源,李嘉晋,雷俊求
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29