光谱测量观测智能支架的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋工程技术领域，涉及一种海面光谱测量的光谱测量仪的光纤探头支架。
【背景技术】
[0002]光谱测量仪是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱测量仪可测量物体表面反射的光线，从而测知物品中含有何种元素。这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。
[0003]水体光谱特性的精确测量是水色遥感的基础。目前较为有效的方法是水面之上测量法。水面之上测量法是采用便携式光谱测量仪，如USB4000光谱测量仪可以响应从200到IlOOnm的光谱范围，通过配合海洋光学生产的各种光学平台组件、光源和采样光纤，可以为上千种吸收、反射和发射测量应用搭建各具特色的系统。在经过严格的定标前提下，通过合理安排观测几何和设置测量积分时间，对水面反射辐亮度、天空光辐亮度、标准板反射辐亮度和/或下行辐照度进行测量。
[0004]目前，水面之上光谱测量方法在测量光谱时，所采用的观测支架大多只是一根水平杆，其一端安装光谱测量仪光纤探头，无法达到快速、精确地实现上述观测几何的要求。专利《一种水面上光谱测量的多角度观测支架201210394376.6》，避免了观测平台自身阴影与反射对水面光场的影响。但是支架不能自动调节角度，避免海浪对测量的影响。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种海面上光谱测量的光谱测量观测智能支架，该观测支架结构简单、使用方便。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
光谱测量观测智能支架，包括转动支架、水平支架、固定支架三个支架。转动支架、水平支架和步进电机构成转动联接，水平支架、固定支架和舵机三者构成转动联接，摄像头安装在摄像头支架上，摄像头支架固定在固定支架上，光纤探头被弹性夹子固定在转动支架、水平支架和固定支架三个支架上，与光谱测量仪联接；北斗芯片与控制器联接，倾角传感器固定在转动支架上，采集光纤探头与水平面的夹角，夹角偏离设定值时，控制器控制步进电机转动将光纤探头调整为设定值并保持，摄像头支架上的小孔投射太阳光斑到刻有方格坐标的水平支架上，摄像头将太阳光斑图像采集到控制器，控制器根据支架几何尺寸和北斗芯片采集的日期、时间、经玮度计算光斑目标位置，控制舵机调整水平支架到目标位置并保持。
[0007]光谱测量仪采集光谱数据时刻，控制器记录光斑投射实际位置与目标位置的偏差值，同时控制器记录光纤探头与水平面的夹角的测量值，为后期数据处理提供了减小光谱测量仪测量误差的数据。
[0008]控制器设定为水面反射测量完成后，转动支架自动改变角度进行天空散射测量，水面反射测量和天空散射测量之间的转换时间缩短，减少水面反射测量和天空散射测量时间之间的间隔。
[0009]本发明有益效果如下:
光谱测量仪采集光谱数据时刻，北斗芯片采集的日期、时间、经玮度，光谱数据对应精确的采集点的日期、时间、经玮度；控制器控制光纤探头与水平面的夹角，夹角偏离设定值时，控制器控制步进电机转动将光纤探头调整为设定值并保持；控制器控制舵机调整水平支架到目标位置并保持，提高光谱测量仪采集光谱数据的精度；光谱测量仪采集光谱数据时刻，控制器记录光斑投射实际位置与目标位置的偏差值，同时，控制器记录光纤探头与水平面的夹角的测量值，为后期数据处理提供了减小光谱测量仪测量误差的数据；以实现在水面反射测量和天空散射测量之间的快速转换，减少时间间隔。
[0010]【附图说明】:
图1是光谱测量观测智能支架测量海面反射时的结构示意图；
图2是光谱测量观测智能支架测量天空散射时的结构示意图；
图3是水平支架俯视图
图中，I光纤探头，2弹性夹子，3转动支架，4倾角传感器，5步进电机，6摄像头，7摄像头支架，8太阳光斑，9舵机，10水平支架，11固定支架，12弹性夹子，13弹性夹子，14光谱测量仪，15控制器，16北斗芯片。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明:
如图1所示，光谱测量观测智能支架，包括转动支架3、水平支架10、固定支架11三个主要部件，转动支架3、水平支架10和步进电机5构成转动联接，水平支架10、固定支架11和舵机9构成转动联接，摄像头6安装在摄像头支架7上，摄像头支架7固定在固定支架11上，光纤探头I被弹性夹子2、弹性夹子12、弹性夹子13固定在转动支架3、水平支架10和固定支架11三个支架上，与光谱测量仪14联接；北斗芯片16与控制器15联接，倾角传感器4固定在转动支架3上，采集光纤探头I与水平面的夹角，夹角偏离设定值时，控制器15控制步进电机5转动将光纤探头I调整为设定值并保持，摄像头支架7上的小孔投射太阳光斑8到刻有方格坐标的水平支架10上，摄像头6将太阳光斑8图像采集到控制器15，控制器15根据水平支架10和固定支架11的几何尺寸和北斗芯片16采集的日期、时间、经玮度计算太阳光斑8的目标位置，控制器控制舵机调整水平支架10到目标位置并保持。
[0012]光谱测量仪14采集光谱数据时刻，控制器15记录太阳光斑8投射实际位置与目标位置的偏差值，同时控制器15记录光纤探头I与水平面的夹角的测量值，为后期数据处理提供了减小光谱测量仪测量误差的数据。
[0013]控制器15设定为水面反射测量(探头朝下)完成后，如图1所示，转动支架自动改变角度进行天空散射测量(探头朝上)，如图2所示，缩短水面反射测量和天空散射测量之间的转换时间，减少水面反射测量和天空散射测量时间之间间隔。光谱测量观测智能支架具有以下优点，光谱测量仪14采集光谱数据时刻，北斗芯片16采集的日期、时间、经玮度，光谱数据对应精确的采集点的日期、时间、经玮度；控制器15控制光纤探头I与水平面的夹角，夹角偏离设定值时，控制器15控制步进电机5转动将光纤探头I调整为设定值并保持；控制舵机9调整水平支架10到目标位置并保持，提高光谱测量仪14采集光谱数据的精度；光谱测量仪14采集光谱数据时刻，控制器记录太阳光斑8投射实际位置与目标位置的偏差值，同时，控制器15记录光纤探头I与水平面的夹角的测量值，为后期数据处理提供了减小光谱测量仪测量误差的数据；控制器15设定为水面反射测量(探头朝下)完成后转动支架自动改变角度进行天空散射测量(探头朝上)，缩短水面反射测量和天空散射测量之间的转换时间，减少水面反射测量和天空散射测量时间之间间隔。
[0014]本发明工作过程如下:
I)选择合适的观测平台的位置，选择背向太阳方向的观测水域，安装固定光谱测量观测智能支架，联接USB4000光谱测量仪。
[0015]2)摄像头支架上的小孔投射太阳光斑到刻有方格坐标的水平支架上，摄像头将太阳光斑图像采集到控制器，控制器根据北斗芯片采集的日期、时间、经玮度和支架几何尺寸计算光斑目标位置，控制步进电机调整水平支架到目标位置并保持。
[0016]3)弹性夹子固定光纤探头在转动支架上，转动支架上的倾角传感器检测光纤探头与水平面的夹角，夹角偏离设定值时，控制器控制步进电机转动将光纤探头调整为设定值。
[0017]4)光谱测量仪14采集光谱数据时刻，控制器记录太阳光斑8投射实际位置与目标位置的偏差值，同时，控制器15记录光纤探头I与水平面的夹角的测量值，为后期数据处理提供了减小光谱测量仪测量误差的数据。
[0018]5)控制器设定为水面反射测量(探头朝下)完成后转动支架自动改变角度进行天空散射测量(探头朝上)，缩短水面反射测量和天空散射测量之间的转换时间，减少水面反射测量和天空散射测量时间之间间隔。
[0019]最后，本发明不限于以上【具体实施方式】，还可有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
【主权项】
1.光谱测量观测智能支架，包括光纤探头、弹性夹子、转动支架、倾角传感器、步进电机、摄像头、摄像头支架、舵机、水平支架、固定支架、控制器、北斗芯片，其特征在于:弹性夹子固定光纤探头在转动支架上，倾角传感器固定在转动支架上，转动支架与水平支架通过步进电机联接，水平支架与固定支架通过舵机联接，摄像头支架固定联接在固定支架上，摄像头安装在摄像头支架上，北斗芯片与控制器联接，控制器控制步进电机和舵机的转动。
2.按照权利要求1所述的光谱测量观测智能支架，其特征在于:弹性夹子固定光纤探头在转动支架上，转动支架上的倾角传感器检测光纤探头与水平面的夹角，夹角偏离设定值时，控制器控制步进电机转动将光纤探头调整为设定值。
3.按照权利要求1所述的光谱测量观测智能支架，其特征在于:摄像头支架上的小孔投射太阳光斑到刻有方格坐标的水平支架上，摄像头将太阳光斑图像采集到控制器，控制器根据北斗芯片采集的日期、时间、经玮度和支架几何尺寸计算光斑目标位置，控制步进电机调整水平支架到目标位置并保持。
4.按照权利要求1所述的光谱测量观测智能支架，其特征在于:光谱测量仪采集光谱数据时刻，控制器记录光纤探头与水平面的夹角。
5.按照权利要求1所述的光谱测量观测智能支架，其特征在于:光谱测量仪采集光谱数据时刻，控制器记录光斑投射实际位置与目标位置的偏差。
6.按照权利要求1所述的光谱测量观测智能支架，其特征在于:水面反射测量完成后，控制器控制转动支架改变角度，进入天空散射测量状态。
【专利摘要】本发明属于海洋工程技术领域，涉及一种光谱测量仪观测海面的支架。光纤探头背向太阳光方向安装支架；摄像头支架上的小孔投射太阳光斑到刻有方格坐标的水平支架上，摄像头将太阳光斑图像采集到控制器；控制器根据北斗芯片采集的日期、时间、经纬度和支架几何尺寸计算光斑目标位置；控制步进电机调整水平支架到目标位置并保持。弹性夹子固定光纤探头在转动支架上，倾角传感器检测光纤探头与水平面的夹角；角度偏离设定值时，控制器控制步进电机转动将光纤探头调整为设定值。智能支架减少光纤探头采集数据时的角度波动，提高了测量精度；准确记录了光纤探头采集数据时的角度值，为后期数据处理提供了减小光谱测量仪测量误差的条件。
【IPC分类】G01N21-25, G01J3-28
【公开号】CN104655277
【申请号】CN201510060391
【发明人】张莹, 潘德炉, 雷桂斌, 王淑青, 李灿苹
【申请人】广东海洋大学, 国家海洋局第二海洋研究所
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月5日