[发明专利]一种水体广角体散射函数测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种水体广角体散射函数的现场同步测量装置。

背景技术

自然水体及其中所含的各类悬浮颗粒物和溶解有机物决定了水体的光学特性，用于描述水体中光散射方向性的体散射函数(VSF)是水体的一个非常重要的固有光学特性参数，利用体散射函数及吸收系数，根据水体固有光学特性的闭合性(即：a+b＝c)以及水体体散射函数与各散射系数之间的相关性，可以推算得到水体的其它固有光学特性参数如：散射系数、后向散射系数、前向散射系数、散射相函数以及衰减系数等等；这些参数在研究海面热平衡、海洋浮游植物生产力、光反应化合物的化学传输等领域均具有非常重要的意义。

到目前为止，人们对于水体的体散射函数的了解还非常少，这在很大程度上归因于VSF的直接测量较为困难。由于水体的散射特性具有较强的方向性，海水的散射主要集中于前向散射，一般占总散射的90％以上，后向散射只占其中非常小的部分，散射信号在0°～180°范围内强度分布跨度较大，相差至少在5～6个数量级之上，即便是同一个方向的散射光信号，不同剖面或不同海域其差距也可达两个数量级。散射光信号的上述特性为水体体散射函数的测量带来了诸多不便，尤其早期光电探测器的灵敏度、稳定性等不可能达到测量的要求，这在一定程度上阻碍了测量仪器的研制和发展。伴随着海洋光学的日趋完善和光电探测器的飞速发展，有关水体体散射函数测量仪的研究也在不断的发展和完善。目前国外已经有商业化的用于水体后向某一固定角度散射特性研究的散射测量仪，这些测量仪器都是通过将后向某一固定角度的体散射函数与后向散射系数相关联，通过测量该角度的体散射函数计算得到后向散射系数，但这种测量仪器无法得到水体的散射系数、前向散射系数以及散射相函数。要想真正得到上述散射特性参数，必须对0～180°范围内的体散射函数进行广角测量，而且，所测信号必须保证在0-180°范围内实现同步；另外，考虑到仪器使用的特殊环境，仪器设计必须使其具有现场使用方便，操作简单、智能化的特点。

发明内容

本发明的目的是设计一种能够对水体的透明度及0～180°范围内多角度水体体散射函数进行现场在线同步测量的水体广角体散射函数测量系统，该测量系统可以用于现场水体散射特性及水体固有光学特性的剖面分析。

为此，本发明提出以下技术方案，所设计的水体广角体散射函数测量系统，主要包括：水体体散射函数测量装置及测量系统数据采集电路，所述的水体体散射函数测量装置由光源、透射光探测探头和若干个散射光探测探头分别安装于一个半圆环机架的圆环半径的不同位置构成，每个探头均与光源的轴线共面，其中，光源与透射光探测探头分别位于半圆环直径的两端，其光源出射光的中心位置与透射光探测器的视场角的中心位置的夹角为0°，各个散射光探测探头分布在半圆环机架的其他方向，其光源出射光的中心位置与不同方向散射光探测探头的视场角中心位置之间的夹角在大于0°，小于180°的范围内，光源、透射光探测探头和各散射光探测探头分别通过水密电缆与测量系统数据采集电路连接。

所述光源由方波发生电路、低噪音放大电路、半导体激光器、激光准直系统、线偏振片、1/4波片、出光口水密玻璃构成。所述方波发生器的方波输出端与低噪音放大电路的输入端相连，放大电路的输出端与半导体激光器的脉冲驱动控制端相连，方波发生器和低噪音放大电路共同构成了半导体激光器的频率调制电路，半导体激光器输出的脉冲激光穿过激光准直系统、线偏振片及1/4波片后形成准直的、非偏振脉冲激光经出光口水密玻璃射出。

所述透射光探测探头及若干个不同方向散射光探测探头由入光口水密玻璃、聚光透镜、光阑、光电探测器、选频、交流放大及整流电路和RC滤波电路构成；从入光口水密玻璃入射的散射光经聚光透镜聚焦后由光电探测器探测光信号，光阑安装在聚光透镜和光电探测器之间，用于限定透镜的接收视场角，选频电路的信号输入端与光电探测器的信号输出端连接，用于将探测器接收到的调制电信号处理成为与调制频率相统一的单一波长的交流信号，交流放大电路的信号输入端与选频电路的输出端相连，用于对单一波长交流模拟信号进行放大，整流电路的输入端与交流放大电路的信号输出端相连，用于对放大后的单一波长交流信号进行直流整流得到单向脉动直流信号，RC滤波电路则是对整流后的脉动直流信号进行平滑处理。