[发明专利]一种水体参数测量装置以及强吸收液吸收系数测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及水体指标测定领域，更具体地，涉及一种水体参数测量装置以及基于该测量装置的强吸收液吸收系数测量方法。

背景技术

水吸收光谱是化学、生物、大气等许多科学领域中的重要参数。由于水的超强吸收，红外光穿透一定厚度的水体后光强往往很弱，以致低于探测器所能探测到的最小值，一般的测量方法均不适用，因此红外波段水吸收系数测量甚为困难。要想获取连续的红外吸收系数光谱，同时确保结果的精度，必须要能对足够薄的水层进行测量，根据Palmer&Williams(1974)等的水红外波段光学厚度测量值，最低限度的水层厚约为0.15mm。然而，由于水的表面张力，在一般的玻璃表面上，获得低于1.5mm的薄层水都是非常困难的，为了获得薄层水，目前被普遍接受的方法是采用的一系列不同厚度的红外石英楔子，其水层的光路长度为1至50mm；另一种为贝克曼距离可调的楔子，其水层的光路长度为6mm至30μm。

但是在上述已有的方法中，石英楔子的制作工艺要求极高，花费大，且水膜的厚度的稳定性较难得到保证；同时，楔形体窗口由于顶底距离的差异，容易产生的干涉条纹而影响测量的精度。再者由于石英楔子体积和质量较小，测量起来很不方便，对光源得测量光谱仪要求很高。

水吸收系数在红外波段具有两个特点，一是吸收系数值极大；二是值的变化极大。从可见光到红外波段，水吸收系数的值跨越了5个数量级，故水吸收系数的精确测量必须要做到以下两个方面：一是要能测量极薄的水层，可测最小厚度小于0.15mm；二是对不同的波段，根据吸收系数的数值区间需要测量不同厚度的水层，以保证数值在仪器的有效测量范围内，已有的方法中并不能同时满足该两个方面的要求。

发明内容

本发明的目的其中一个目的，是提供一种水体参数测量装置，采用该测量装置使得可测量水层的厚度变化区间达到0.04-150mm，从而可以保证400nm到2500nm的波长范围内任何波段的吸收光谱都在仪器的最佳探测区间得到准确测量，为了实现以上目的，采用如下技术方案：

一种水体参数的测量装置，包括：

玻璃缸，用于盛装待测水体，所述玻璃缸包括平面底壁；

限位玻板，由垫高件垫高形成平行于玻璃缸底壁的平台，用于与玻璃缸底壁之间形成间隙，所述平面底壁及限位玻板由高透玻璃制成；

垫高件，用于垫高限位玻板并确定限位玻板与玻璃缸底壁之间间隙的宽度；

光源，设置于玻璃缸上方，用于沿竖直方向向玻璃缸内投射平行光；

标准板，设置于玻璃缸下方，用于反射平行光穿透玻璃缸后的透射光；

光谱仪，用于检测标准板所反射透射光的反辐射亮度，所述光谱仪包括光线探头，所述光线探头的探测口朝向标准板被透射光照射的区域。

作为一种具体实施例，所述光源包括探照灯及非平行光过滤单元，所述非平行光过滤单元包括两个焦平面重叠的透镜及散光滤波器。

作为一种具体实施例，所述玻璃缸与标准板之间还设置有散射光过滤单元，所述散射光过滤单元包括两个焦平面重叠的透镜及散光滤波器。

作为一种具体实施例，所述高透明玻璃为超白玻璃。

作为一种具体实施例，所述垫高件包括至少两组等高的垫片单元，每组垫片单元至少包括两片以上的垫片层叠形成。

作为一种具体实施例，所述垫片为材质为不锈钢或聚酯塑料。

作为一种具体实施例，所述垫片的厚度介于0.04mm-1mm之间。

本发明的另一个目的，是提供一种强吸收液体吸收系数测量方法，采用该方法可大幅消除如玻璃缸的反射等来自光学系统本身的影响，显著提高了测量的精度。

为了达到该目的，采用以下技术方案：

一种基于权利要求1所述水体参数的测量装置的强吸收液体吸收系数测量方法，包括以下步骤完成：

S1根据当前批次设定水深h_m选择并安放垫高件，在垫高件上放置限位玻板；

S2向玻璃缸内加入待测水体至水面高于限位玻板底面但低于限位玻板顶面的任意位置；

S3通过光源向待测水体投射平行光，所述平行光穿透玻璃缸并投射于标准板；

S4标准板反射投射其上的透射光，光谱仪的探头接收透射光经标准板反射的光线，并测量得到当前反辐射亮度L_n，反辐射亮度为：