一种自由落体式光学剖面装置的制作方法

1.本实用新型涉及海洋观测技术领域，具体涉及一种自由落体式光学剖面装置。


背景技术：

2.当今，光学技术在海洋科学中的应用不断发展，海洋光学对于海洋物理过程、生物过程、化学过程和地质过程等的研究都具有非常高的价值，发挥着重要的作用。测量及解释海水的光学特性，已经成为并且仍将是海洋学的一个富有挑战性的研究方向。海洋光学的发展离不开现场测量技术的更新和进步。水体表观光学性质决定于海水固有光学性质和海中辐射场的分布，浮游植物、悬浮泥沙及溶解物能够吸收和/或散射来自于太阳系统的自然光，因此会对水下光场及穿越水气界面的向上辐亮度光谱产生深刻的影响。获取高精度的水体离水辐亮度或遥感反射率等光学特性，然后通过反演其光谱获得水体的水色要素及关联物的浓度参数，能够最终为水环境与水生态的监测、分类、评价与预测预警以及气候变化的研究等服务。
3.表观光学参数主要有离水辐亮度、归一化离水辐亮度和遥感反射率等，它们是海洋水色遥感的基础物理量，也是水体色素成分的光学表现。现场精确获取表观光学参数将有利于生物光学算法、大气校正算法的开发，有利于星载遥感器的辐射校正及其数据的真实性检验。为获得需要的光学参量，目前有水面以上测量法及水下剖面测量法。
4.目前使用的水下剖面测量法有锚系浮标，需要在浮标底部固定距离安装成对的向上辐照度探头和向下辐亮度探头。在每对探头边还需配备压力传感器以获得浮标摇摆情况下探头的实际深度，该方式需要至少测量三个深度点的数据，需要六个辐射探头及三个压力传感器，设备数量多且成本高；只能在固定海域表层小于10米进行海洋光学辐射测量；且探头安装在浮标的底部受到上方浮体随日照方向的阴影及浮标体在海浪影响下随机角度旋转的影响，后期数据校准困难。
5.另一种水下剖面测量方式为将探头安装至一金属框架内，利用绞车悬吊入水测量，该方式的投放框架过于笨重，需要倚赖水文绞车；只能在船舷边投放入水，这就很容易受到船身及框架本身的阴影及反射影响，难以获取高质量的测量数据。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种自由落体式光学剖面装置，能够避开船体阴影的影响，获取高质量的测量数据。
7.为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：一种自由落体式光学剖面装置，包括：安装载体，包括浮块以及连接于所述浮块的主杆，所述浮块呈“上大下小”的“倒梯形”结构，所述主杆凸出于所述浮块的下端，且所述主杆的下部安装有配重块；测量传感器，包括连接于所述浮块上部的辐照度探头和辐亮度探头以及连接于所述浮块侧部的荧光传感器、压力传感器和后向散射传感器；以及数据控制采集舱，连接于所述主杆的侧部，并电性连接所述测量传感器。
8.相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：本装置的浮块呈“上大下小”的“倒梯形”结构，且主杆凸出于浮块的下端，辐照度探头与辐亮度探头设于浮块的上部，使得整个结构呈现出类似于“风筝”的形状。使用时，可以将装置先投入水中，缓慢开动船只，研究人员将装置“放风筝”似的远离船只，装置远离船体后，在主杆下部配重块的作用下，装置做自由落体式剖面测量，能够有效避开船体阴影的影响，可获取高精度的水下环境光场。辐照度探头位于装置的最上方，不受任何遮挡，而由于浮块的“倒梯形”结构设计，在辐亮度探头的视场角内，没有任何障碍物，因而能够获取极高质量的测量数据。本装置整体呈“流线型”结构设计，在水中可以极好地保持竖直状态，极大地增加了光学数据的有效性。且结构较为轻巧，使用轻便，几乎任何人都可以手动部署，可以快速组装，在小型或大型船舶上进行投放，并可同时测量水质及水体散射，可作为各种水生环境中测量光学特性的通用平台。
9.上述的自由落体式光学剖面装置，所述主杆沿上下方向插接所述浮块，且所述主杆通过上夹块与下夹块固定连接于所述浮块的上下两端，所述主杆的上端设有卸扣。
10.上述的自由落体式光学剖面装置，所述主杆的下端可拆卸地连接有鼻锥形的连接件，所述配重块安装于所述连接件内。
11.上述的自由落体式光学剖面装置，所述辐照度探头通过第一夹具可拆卸地连接所述浮块，所述第一夹具包括第一夹块和第一固定销，所述第一夹块的其中一侧固定连接所述辐照度探头，另一侧通过第一卡槽卡接所述浮块，所述第一固定销穿接所述第一夹块和所述浮块，以将所述第一夹块和所述辐照度探头固定于所述浮块上；所述辐亮度探头通过第二夹具可拆卸地连接所述浮块，所述第二夹具包括第二夹块和第二固定销，所述第二夹块的其中一侧固定连接所述辐亮度探头，另一侧通过第二卡槽卡接所述浮块，所述第二固定销穿接所述第二夹块和所述浮块，以将所述第二夹块和所述辐亮度探头固定于所述浮块上。
12.上述的自由落体式光学剖面装置，所述浮块的侧部安装有提手。
13.上述的自由落体式光学剖面装置，所述提手包括两片垂直于所述浮块的侧部安装的安装片以及连接于两片所述安装片之间的销杆。
14.上述的自由落体式光学剖面装置，所述浮块上于所述提手的两侧分别开设有第一安装孔和第二安装孔，所述荧光传感器和所述后向散射传感器分别连接于所述第一安装孔和所述第二安装孔内，所述浮块于所述提手的下侧通过第三夹具固定连接所述压力传感器。
15.上述的自由落体式光学剖面装置，所述荧光传感器、所述压力传感器、所述后向散射传感器、所述数据控制采集舱以及所述提手均安装于装置的同一侧。
16.上述的自由落体式光学剖面装置，所述浮块的两侧面均覆盖有磨砂的黑塑料板。
17.上述的自由落体式光学剖面装置，所述数据控制采集舱通过水密电缆与所述测量传感器电性连接，所述数据控制采集舱的内部安装有倾斜度传感器。
18.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
附图说明
19.图1为本实用新型实施例的光学剖面装置的主视图；
20.图2为图1所示结构的侧视图；
21.图3为图1所示结构的轴视图(其中，第一夹具进行爆炸示意)；
22.图4为本实用新型实施例的连接件与配重块的爆炸图。
23.附图标号说明：100安装载体、110浮块、120主杆、130配重块、140上夹块、150下夹块、160卸扣、170连接件、180塑料板、200测量传感器、210辐照度探头、220辐亮度探头、230荧光传感器、240压力传感器、250后向散射传感器、300数据控制采集舱、400第一夹具、410第一夹块、411第一卡槽、420第一固定销、500第二夹具、510第二夹块、520第二固定销、600提手、610安装片、620销杆、700第三夹具。
具体实施方式
24.下面详细描述本实用新型的实施例，参照图1至图4，本实用新型的实施例提供了一种自由落体式光学剖面装置，包括安装载体100、测量传感器200以及数据控制采集舱300；
25.安装载体100包括浮块110以及连接于浮块110的主杆120，如图1至图3所示，浮块110呈“上大下小”的“倒梯形”结构，主杆120凸出于浮块110的下端，且主杆120的下部安装有配重块130，可以根据实际需求，通过增减该配重块130的重量来调整自由落体的下降速度。需要注意的是，此处所说的浮块110呈“倒梯形”结构，是为了表达浮块110的此种结构配合主杆120能呈现类似“风筝”的形状。事实上，浮块110不一定为严格的倒梯形，有时候，为了便于安装其它结构，可以在浮块110的上部两侧设置较短的平面，而浮块110的中部和下部两侧则设置斜面，以此来形成“上大下小”的“倒梯形”结构。
26.测量传感器200包括连接于浮块110上部的辐照度探头210和辐亮度探头220以及连接于浮块110侧部的荧光传感器230、压力传感器240和后向散射传感器250。辐照度探头210的测量面朝上，用于测量水下下行辐照度。辐亮度探头220的测量面朝下，用于测量水下上行辐亮度。具体地，辐照度探头210和辐亮度探头220安装于浮块110上端的相对两侧，辐照度探头210和辐亮度探头220可以采用多光谱辐射计或高光谱辐射计。荧光传感器230可根据具体的发射和接收波段测量叶绿素、cdom、浊度、藻蓝蛋白、藻红蛋白以及罗明丹等水质参数；压力传感器240用于提供装置的深度数据；后向散射传感器250用于测量水体后向散射值。
27.数据控制采集舱300连接于主杆120的侧部，并电性连接测量传感器200，具体地，数据控制采集舱300通过水密电缆与测量传感器200电性连接，用于采集存储数据并对外实时发送，数据控制采集舱300的内部安装有倾斜度传感器，为整个装置提供倾角信息。
28.相比现有技术，本装置的浮块110呈“上大下小”的“倒梯形”结构，且主杆120凸出于浮块110的下端，辐照度探头210与辐亮度探头220设于浮块110的上端，使得整个结构呈现出类似于“风筝”的形状。使用时，可以将装置先投入水中，缓慢开动船只，研究人员将装置“放风筝”似的远离船只，装置远离船体后，在主杆120下部配重块130的作用下，装置做自由落体式剖面测量，能够有效避开船体阴影的影响，可获取高精度的水下环境光场。如图1所示，辐照度探头210位于装置的最上方，不受任何遮挡，而由于浮块110的“倒梯形”结构设计，在辐亮度探头220的视场角内，没有任何障碍物，因而能够获取极高质量的测量数据。本装置整体呈“流线型”结构设计，在水中可以极好地保持竖直状态，极大地增加了光学数据的有效性。且结构较为轻巧，使用轻便，几乎任何人都可以手动部署，可以快速组装，在小型
或大型船舶上进行投放，并可同时测量水质及水体散射，可作为各种水生环境中测量光学特性的通用平台。
29.进一步地，参照图1和图2，主杆120沿上下方向插接浮块110，主杆120插接至目标位置之后，采用上夹块140与下夹块150将主杆120固定连接于浮块110的上下两端。主杆120的上端设有卸扣160，卸扣160上开设有吊孔，可以作为装置的投放拉拽点。进一步地，参照图1至图4，主杆120的下端可拆卸地连接有鼻锥形的连接件170，配重块130安装于连接件170内，需要更换配重块130时，将连接件170从主杆120的下端拆卸，更换好配重块130之后再将连接件170重新安装至主杆120的下端。而连接件170呈鼻锥形，可以极大程度地减小水的阻力，使得装置能够顺畅地自由落体至水中。具体地，连接件170为黑色塑料件。
30.进一步地，继续参照图1至图3，浮块110的侧部安装有提手600，提手600包括两片垂直于浮块110的侧部安装的安装片610以及连接于两片安装片610之间的销杆620，以便于研究人员提取装置。浮块110上于提手600的两侧分别开设有第一安装孔和第二安装孔，荧光传感器230和后向散射传感器250分别连接于第一安装孔和第二安装孔内，浮块110于提手600的下侧通过第三夹具700固定连接压力传感器240。荧光传感器230、压力传感器240、后向散射传感器250、数据控制采集舱300以及提手600均安装于装置的同一侧。以使得浮块110上的各个部件的布局都比较合理，更有利于装置以“放风筝”的形式远离船体。具体地，浮块110采用固体浮力材料制作，浮块110的两侧面均覆盖有磨砂的黑塑料板180，以保护浮块110，避免浮块110被划伤。浮块110上的所有金属件都采用铝合金硬质阳极氧化成黑色，整体装置使用黑色塑料或黑色氧化铝合金，通体黑色，能够避免结构本身对周围光场测量的影响。
31.具体地，辐照度探头210通过第一夹具400可拆卸地连接浮块110，第一夹具400包括第一夹块410和第一固定销420，第一夹块410的其中一侧固定连接辐照度探头210，另一侧通过第一卡槽411卡接浮块110，第一固定销420穿接第一夹块410和浮块110，以将第一夹块410和辐照度探头210固定于浮块110上；同样地，辐亮度探头220通过第二夹具500可拆卸地连接浮块110，第二夹具500包括第二夹块510和第二固定销520，第二夹块510的其中一侧固定连接辐亮度探头220，另一侧通过第二卡槽卡接浮块110，第二固定销520穿接第二夹块510和浮块110，以将第二夹块510和辐亮度探头220固定于浮块110上。安装辐照度探头210和辐亮度探头220时，可以将第一夹块410的第一卡槽411和第二夹块510的第二卡槽分别扣在浮块110的上端两侧，再插入第一固定销420和第二固定销进行固定，能够便于研究人员手动部署，快速组装。
32.需要注意的是，在本实用新型的描述中，如有涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系的，均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本实用新型的限制。
33.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一或第二等的，只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
34.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理
解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
35.上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

技术特征：
1.一种自由落体式光学剖面装置，其特征在于，包括：安装载体(100)，包括浮块(110)以及连接于所述浮块(110)的主杆(120)，所述浮块(110)呈“上大下小”的“倒梯形”结构，所述主杆(120)凸出于所述浮块(110)的下端，且所述主杆(120)的下部安装有配重块(130)；测量传感器(200)，包括连接于所述浮块(110)上部的辐照度探头(210)和辐亮度探头(220)以及连接于所述浮块(110)侧部的荧光传感器(230)、压力传感器(240)和后向散射传感器(250)；以及数据控制采集舱(300)，连接于所述主杆(120)的侧部，并电性连接所述测量传感器(200)。2.根据权利要求1所述的自由落体式光学剖面装置，其特征在于，所述主杆(120)沿上下方向插接所述浮块(110)，且所述主杆(120)通过上夹块(140)与下夹块(150)固定连接于所述浮块(110)的上下两端，所述主杆(120)的上端设有卸扣(160)。3.根据权利要求1所述的自由落体式光学剖面装置，其特征在于，所述主杆(120)的下端可拆卸地连接有鼻锥形的连接件(170)，所述配重块(130)安装于所述连接件(170)内。4.根据权利要求1所述的自由落体式光学剖面装置，其特征在于，所述辐照度探头(210)通过第一夹具(400)可拆卸地连接所述浮块(110)，所述第一夹具(400)包括第一夹块(410)和第一固定销(420)，所述第一夹块(410)的其中一侧固定连接所述辐照度探头(210)，另一侧通过第一卡槽(411)卡接所述浮块(110)，所述第一固定销(420)穿接所述第一夹块(410)和所述浮块(110)，以将所述第一夹块(410)和所述辐照度探头(210)固定于所述浮块(110)上；所述辐亮度探头(220)通过第二夹具(500)可拆卸地连接所述浮块(110)，所述第二夹具(500)包括第二夹块(510)和第二固定销(520)，所述第二夹块(510)的其中一侧固定连接所述辐亮度探头(220)，另一侧通过第二卡槽卡接所述浮块(110)，所述第二固定销(520)穿接所述第二夹块(510)和所述浮块(110)，以将所述第二夹块(510)和所述辐亮度探头(220)固定于所述浮块(110)上。5.根据权利要求1所述的自由落体式光学剖面装置，其特征在于，所述浮块(110)的侧部安装有提手(600)。6.根据权利要求5所述的自由落体式光学剖面装置，其特征在于，所述提手(600)包括两片垂直于所述浮块(110)的侧部安装的安装片(610)以及连接于两片所述安装片(610)之间的销杆(620)。7.根据权利要求5或6所述的自由落体式光学剖面装置，其特征在于，所述浮块(110)上于所述提手(600)的两侧分别开设有第一安装孔和第二安装孔，所述荧光传感器(230)和所述后向散射传感器(250)分别连接于所述第一安装孔和所述第二安装孔内，所述浮块(110)于所述提手(600)的下侧通过第三夹具(700)固定连接所述压力传感器(240)。8.根据权利要求5或6所述的自由落体式光学剖面装置，其特征在于，所述荧光传感器(230)、所述压力传感器(240)、所述后向散射传感器(250)、所述数据控制采集舱(300)以及所述提手(600)均安装于装置的同一侧。9.根据权利要求1所述的自由落体式光学剖面装置，其特征在于，所述浮块(110)的两侧面均覆盖有磨砂的黑塑料板(180)。
10.根据权利要求1所述的自由落体式光学剖面装置，其特征在于，所述数据控制采集舱(300)通过水密电缆与所述测量传感器(200)电性连接，所述数据控制采集舱(300)的内部安装有倾斜度传感器。

技术总结
本实用新型公开了一种自由落体式光学剖面装置，包括安装载体、测量传感器和数据控制采集舱，安装载体包括浮块以及连接于浮块的主杆，浮块呈“上大下小”的“倒梯形”结构，主杆凸出于浮块的下端，且主杆的下部安装有配重块；测量传感器包括连接于浮块上部的辐照度探头和辐亮度探头以及连接于浮块侧部的荧光传感器、压力传感器和后向散射传感器。整个装置呈现类似于“风筝”的形状，使用时，可以将装置先投入水中，研究人员将装置“放风筝”似的远离船只，装置远离船体后做自由落体式剖面测量，能够有效避开船体阴影的影响。辐照度探头位于装置的最上方，不受任何遮挡，在辐亮度探头的视场角内，没有任何障碍物，因而能够获取极高质量的测量数据。量的测量数据。量的测量数据。


技术研发人员：王华
受保护的技术使用者：湖南南万科技有限公司
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/9/1