[发明专利]一种等臂对比式水体光学衰减系数测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种等臂对比式水体光学衰减系数测量装置，其中：包括空气对比测试区和水体样品测试区这两个隔离腔室，中间隔板设有若干透明玻璃窗口；所述空气对比测试区中设有激光器、分束器、第一光开关、第二光开关、第二全反射镜、探测器；所述水体样品测试区中设有第一全反射镜、合束器、第三全反射镜；激光器发射激光束经过分束器分成两束的功率相同的激光，分别经历长度相同的空气信道和水体信道，并保证其所经历的光路信道上的器件相同，测量接收的光信号功率，经过对比计算即可得到水质衰减系数，消除了光路信道中其他非水质因素对测量结果的影响，保证了光学衰减系数值的准确性。

技术领域

本发明属于水下光学探测技术领域，具体涉及一种等臂对比式水体光学衰减系数测量装置及方法。

背景技术

近年来，随着技术的发展，水下无线光通信手段逐渐兴起。水下无线光通信手段使用蓝绿光波段信号传输信息，具有带宽大、速率高、设备体积小等优点，但受限于水体环境多样性，水下无线光通信系统在不同水体条件下得到的最远水下光通信距离都有所不同，最终影响通信系统的通信距离和速率的达成。水下无线光通信系统需要在各种实用条件下预估通信质量，为实际用户适时调整优化通信参数提供参考，因此，方便快捷的测量出通信水域光信号衰减系数显得尤为重要。

然而，当前国际上通常用来观测光能量在水中的光学衰减系数的仪器，如AC系列衰减系数测量仪，价格昂贵，操作复杂，不适于进行大规模的商业以及军事应用。因此，提供一种低成本，易操作的快速水体光学衰减系数测量装置是水下无线光通信技术实用化过程中的一个重要组成部分。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种低成本，易操作的快速水体光学衰减系数测量装置及方法。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种等臂对比式水体光学衰减系数测量装置，其中：包括空气对比测试区和水体样品测试区这两个隔离腔室，中间隔板设有若干透明玻璃窗口；

所述空气对比测试区中设有激光器、分束器、第一光开关、第二光开关、第二全反射镜、探测器；

所述水体样品测试区中设有第一全反射镜、合束器、第三全反射镜；

激光器发射激光束经过分束器分成两束的功率相同的激光，一束激光经过第一光开关，穿过第一透明玻璃窗口，进入水体样品测试区，然后在第一全反射镜界面全反射后，在水体中水平传输后穿过合束器，到达第三全反射镜界面全反射后，穿过第三透明玻璃窗口返回空气对比测试区，被探测器接收，构成第一传输光路；

分束器的另一束激光在空气中水平传输后，在第二全反射镜界面全反射，经过第二光开关后，穿过第二透明玻璃窗口进入水体样品测试区，经过合束器后，到达第三全反射镜界面全反射后，穿过第三透明玻璃窗口返回空气对比测试区，被探测器接收，构成第二传输光路。

进一步优选地，所述激光器为连续激光器，和/或，所述探测器为功率计、单点探测器或面阵探测器。

进一步优选地，所述第一全反射镜、第二全反射镜、第三全反射镜中的任一采用等腰直角棱镜。

进一步优选地，所述水体样品测试区中第一全反射镜与合束器之间采用全反射阵列结构，形成对光路的多次180°反向。

进一步优选地，所述第一光开关和第二光开关，关断状态下阻断光通过，并且同一时间只有一个光开关处于开通状态。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，还提供了一种等臂对比式水体光学衰减系数测量装置的测量方法，其中，包括如下步骤：

分别测量第一传输光路和第二传输光路下，各自被探测器接收的光功率；

对比第一传输光路和第二传输光路的探测器接收光功率，结合第一全反射镜与合束器之间传输的对比光路距离，计算水体样品的光学衰减系数值。