CN205786285U - 一种实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置,悬浮泥沙水体盛放装置内设有潜水泵,用于防止其中的悬浮颗粒物沉降,多角度控制旋转装置设置在悬浮泥沙水体盛放装置上方,并能够以悬浮泥沙水体盛放装置的中轴线为中心转动,水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪固定设置在多角度控制旋转装置上,并随其一并转动;光源***固定设置在悬浮泥沙水体盛放装置的上方,并以一定角度照射悬浮泥沙水体盛放装置内的悬浮颗粒物混合液;水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪沿悬浮泥沙水体盛放装置的中心轴转动,水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪接受处于不同观测几何条件下的经悬浮颗粒物混合液散射的离水辐射,从而实现整个上行半球空间悬浮泥沙水体偏振光谱测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置,具体涉及一种能够在实验室内实现悬浮泥沙水体多角度离水辐射偏振光谱测量的装置***,可完成对水体不同观测几何(观测高度角、观测方位角)及不同线偏振角的偏振光谱测量的装置。
背景技术
海洋水色遥感通过水色卫星传感器在大气顶层接收的总辐亮度信息,经过大气校正获得离水辐亮度,进而反演出水色要素信息(如表层浮游植物叶绿素、无机悬浮物、黄色物质)。目前,海洋水色遥感只是单纯地利用离水辐射的强度信息,但作为辐射独立属性的偏振却往往被忽略。当前研究结果表明,偏振辐射携带更多的水体组分的信息,离水辐射的平行偏振等效辐射能够增强水色信号,其概念的提出为海洋水色遥感水体组分的反演提供新的思路。
水体偏振光学特性是海洋水色偏振遥感研究的基础。但是,由于海洋水体光学性质的复杂性、理论的不完善以及偏振观测仪器的缺乏,导致水体偏振数据获取困难,实测偏振光谱数据缺乏,阻碍了水体偏振特性的研究,严重制约着海洋水色偏振遥感的进展。
发明内容
本实用新型的目的是提供了一种在实验室内实现悬浮泥沙水体离水辐射偏振光谱测量的光学装置***,较好地完成了水面上行半球空间内任意 观测几何条件下(不同观测方位角、观测高度角)离水辐射偏振光谱及平行偏振等效辐射的测量。
本实用新型采取以下技术方案:
一种实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置,包括光源***1、水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2、多角度控制旋转装置3、悬浮泥沙水体盛放装置5;所述悬浮泥沙水体盛放装置5内设有潜水泵,用于防止其中的悬浮颗粒物沉降,所述多角度控制旋转装置3设置在悬浮泥沙水体盛放装置5上方,并能够以悬浮泥沙水体盛放装置5的中轴线为中心转动,水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2接受处于不同观测几何条件下的经悬浮颗粒物混合液散射的离水辐射,所述水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2固定设置在多角度控制旋转装置3上,并随其一并转动;所述光源***1固定设置在悬浮泥沙水体盛放装置5的上方,并以一定角度照射悬浮泥沙水体盛放装置5内的悬浮颗粒物混合液;水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2沿悬浮泥沙水体盛放装置5的中心轴转动,水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2接受处于不同位置情况下的经悬浮颗粒物混合液反射的光线,从而实现整个上行半球空间悬浮泥沙水体偏振光谱测量。
进一步的,所述悬浮泥沙水体盛放装置5呈圆桶状。
进一步的,所述光源***1包括准直镜,反光碗以及氙灯,可以形成近似平行光束且均匀的照射在悬浮泥沙水面上,为模拟自然水体提供自然光源。
进一步的,所述水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2由地物光谱仪ASD和前置线偏振装置构成;前置线偏振装置包括线偏振器和带有0-360°刻度的固定装置。
进一步的,所述多角度控制旋转装置3由控制水体偏振光谱测量传感器 地物光谱仪2光纤探头测量高度角的不锈钢圆弧导轨3a和控制水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2测量方位角的有机玻璃制作的法兰形平面法兰环形导轨3b组成。
更进一步的,所述不锈钢圆弧导轨3a的圆弧导轨精度为1°,水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2光纤探头沿着球面直径方向对准球面中心处,即悬浮泥沙水体水面中心处,通过滑动不锈钢圆弧导轨3a调节偏振光谱探测传感器的观测高度角;所述平面法兰环形导轨3b固定不锈钢圆弧导轨3a。
再进一步的,所述平面法兰环形导轨3b以氙灯光源所在子午面作为方位角0°起始主平面并固定不变,X轴和Z轴所在子午面上X正方向为方位角180°对太阳平面,平面法兰环形导轨3b改变水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2探测器观测方位角,从而实现整个上行半球空间悬浮泥沙水体偏振光谱测量。
再进一步的,所述悬浮泥沙水体盛放装置5由聚乙烯水桶构成,容器直径1m,高0.8m。
再进一步的,不锈钢圆弧导轨3a和平面法兰环形导轨3b设置在与之直径匹配的水体盛放装置5上,水体盛放装置5聚乙烯水桶内外壁喷涂哑黑漆减少容器内壁反射及外部环境的影响。
进一步的,所述实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置设置在暗房内。
本实用新型的有益效果在于:
1、在传统测量自然水体离水辐射总光谱强度的基础上结合线偏振测量装置测量不同浓度的悬浮泥沙水体离水辐射偏振光谱,根据水体偏振光谱特征研究水体偏振光学特性及平行偏振等效辐射。
2、结构简单,制作容易,使用方便。本实用新型使用不锈钢圆弧导轨和有机玻璃法兰环形导轨分别控制地物光谱仪ASD的观测高度角和观测方 位角,利用极其简单的装置完成悬浮泥沙水体整个上行半球空间内任意观测几何条件下离水辐射偏振光谱的测量。此外,本实用新型使用聚乙烯水体配比不同浓度的悬浮泥沙溶液,在容器内放置水泵模拟自然条件防止悬浮颗粒物沉降。
3、本实用新型测量精度高,测量波段范围广。可完成悬浮泥沙水体离水辐射紫外、可见光、短波红外和近红外波段的偏振光谱测量。
4、本实用新型所述光源***稳定。光源***采用辐射光谱能量分布与日光相接近氙灯作为实验室模拟光源,氙灯光源工作状态受外界条件变化影响小且出射辐射光波辐射强度恒定。
5、本实用新型放置在光学暗房内,可有效避免太阳耀光(天空漫射光,太阳直射光)对悬浮泥沙水体离水辐射偏振光谱测量的影响。
附图说明
图1是本实用新型实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置的结构示意图。
图中,1.光源***,2.水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪,3.多角度控制旋转装置,3a.不锈钢圆弧导轨,3b.平面法兰环形导轨,5.悬浮泥沙水体盛放装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。
参见图1,一种实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置,包括光源***1、水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2、多角度控制旋转装置3、悬浮泥沙水体盛放装置5;所述悬浮泥沙水体盛放装置5内设有潜水泵,用于防止 其中的悬浮颗粒物沉降,所述多角度控制旋转装置3设置在悬浮泥沙水体盛放装置5上方,并能够以其中轴线为中心转动,所述水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2固定设置在多角度控制旋转装置3上,并随其一并转动;所述光源***1固定设置在悬浮泥沙水体盛放装置5的上方,并以一定角度照射悬浮泥沙水体盛放装置5内的悬浮颗粒物混合液;水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2沿其中心轴转动,水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2接受处于不同位置情况下的经悬浮颗粒物混合液反射的光线,从而实现整个上行半球空间悬浮泥沙水体偏振光谱测量。
参见图1,所述悬浮泥沙水体盛放装置5呈圆桶状。
所述光源***1包括准直镜,反光碗以及氙灯,可以形成近似平行光束且均匀的照射在悬浮泥沙水面上,为模拟自然水体提供自然光源。
所述水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2由地物光谱仪ASD和前置线偏振装置构成;前置线偏振装置包括线偏振器和带有0-360°刻度的固定装置。
所述多角度控制旋转装置3由控制水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2光纤探头测量高度角的不锈钢圆弧导轨3a和控制水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2测量方位角的有机玻璃制作的法兰形平面法兰环形导轨3b组成。
所述不锈钢圆弧导轨3a的圆弧导轨精度为1°,水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2光纤探头沿着球面直径方向对准球面中心处,即悬浮泥沙水体水面中心处,通过滑动不锈钢圆弧导轨3a调节偏振光谱探测传感器的观测高度角;所述平面法兰环形导轨3b固定不锈钢圆弧导轨3a。
参见图1,所述平面法兰环形导轨3b以氙灯光源所在子午面作为方位角0°起始主平面并固定不变,X轴和Z轴所在子午面上X正方向为方位角180°对 太阳平面,平面法兰环形导轨3b改变水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2探测器观测方位角,从而实现整个上行半球空间悬浮泥沙水体偏振光谱测量。
所述悬浮泥沙水体盛放装置5由聚乙烯水桶构成,容器直径1m,高0.8m。
不锈钢圆弧导轨3a和平面法兰环形导轨3b设置在与之直径匹配的水体盛放装置5上,水体盛放装置5聚乙烯水桶内外壁喷涂哑黑漆减少容器内壁反射及外部环境的影响。
所述实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置设置在暗房内。
具体的试验步骤如下:
首先,在悬浮泥沙水体盛放装置5中注入纯水,根据既定悬浮颗粒物浓度按照质量体积关系称重悬浮颗粒物质量,然后加入纯水中。打开悬浮泥沙水体盛放装置5中放置的水泵防止悬浮颗粒物沉降。随后,根据既定自然条件下太阳光照高度角确定光源***1氙灯高度,控制光源入射高度角。在多角度控制旋转装置3不锈钢圆弧导轨3a安装线偏振器,然后将水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2光线探头放置在线偏振器中,通过多角度控制旋转装置3不锈钢圆弧导轨控制光线传感器探头观测高度角,即离水辐射偏振光谱测量高度角。以氙灯光源所在子午面作为方位角0°起始主平面并固定不变,X轴和Z轴所确定子午面上X正方向为方位角角180°,即对太阳平面。旋转多角度控制旋转装置3平面法兰环形导轨3b控制地物光谱仪光线传感器探头所处观测方位角,从而实现整个上行半球空间悬浮泥沙水体偏振光谱测量。改变水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪2光线传感器探头前配置的线偏振器偏振角度(0°、60°、120°),完成特定观测几何下离水辐射偏振光谱的测量,根据斯托克斯矢量方程解算离水辐射偏振度及平行偏振等效辐射,分析不同浓度的悬浮颗粒物水体离水辐射偏振特性。
Claims (10)
1.一种实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置,其特征在于:
包括光源***(1)、水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪(2)、多角度控制旋转装置(3)、悬浮泥沙水体盛放装置(5);
所述悬浮泥沙水体盛放装置(5)内设有潜水泵,用于防止其中的悬浮颗粒物沉降,所述多角度控制旋转装置(3)设置在悬浮泥沙水体盛放装置(5)上方,并能够以悬浮泥沙水体盛放装置(5)的中轴线为中心转动,所述水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪(2)固定设置在多角度控制旋转装置(3)上,并随其一并转动;所述光源***(1)固定设置在悬浮泥沙水体盛放装置(5)的上方,并以一定角度照射悬浮泥沙水体盛放装置(5)内的悬浮颗粒物混合液;
水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪(2)沿悬浮泥沙水体盛放装置(5)的中心轴转动,水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪(2)接受处于不同观测几何条件下的经悬浮颗粒物混合液散射的离水辐射,从而实现整个上行半球空间悬浮泥沙水体偏振光谱测量。
2.如权利要求1所述的实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置,其特征在于:所述悬浮泥沙水体盛放装置(5)呈圆桶状。
3.如权利要求1所述的实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置,其特征在于:所述光源***(1)包括准直镜,反光碗以及氙灯,可以形成近似平行光束且均匀的照射在悬浮泥沙水面上,为模拟自然水体提供自然光源。
4.如权利要求1所述的实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置,其特征在于:所述水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪(2)由地物光谱仪ASD和前置线偏振装置构成;前置线偏振装置包括线偏振器和带有0-360◇刻度的固定装置。
5.如权利要求1所述的实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置,其特征在于:所述多角度控制旋转装置(3)由控制水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪(2)光纤探头测量高度角的不锈钢圆弧导轨(3a)和控制水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪(2)测量方位角的有机玻璃制作的法兰形平面法兰环形导轨(3b)组成。
6.如权利要求5所述的实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置,其特征在于:所述不锈钢圆弧导轨(3a)的圆弧导轨精度为1◇,水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪(2)光纤探头沿着球面直径方向对准球面中心处,即悬浮泥沙水体水面中心处,通过滑动不锈钢圆弧导轨(3a)调节偏振光谱探测传感器的观测高度角;所述平面法兰环形导轨(3b)固定不锈钢圆弧导轨(3a)。
7.如权利要求6所述的实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置,其特征在于:所述平面法兰环形导轨(3b)以氙灯光源所在子午面作为方位角0◇起始主平面并固定不变,X轴和Z轴所在子午面上X正方向为方位角180◇对太阳平面,平面法兰环形导轨(3b)改变水体偏振光谱测量传感器地物光谱仪(2)探测器观测方位角,从而实现整个上行半球空间悬浮泥沙水体偏振光谱测量。
8.如权利要求6所述的实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置,其特征在于:所述悬浮泥沙水体盛放装置(5)由聚乙烯水桶构成,容器直径1m,高0.8m。
9.如权利要求8所述的实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置,其特征在于:不锈钢圆弧导轨(3a)和平面法兰环形导轨(3b)设置在与之直径匹配的水体盛放装置(5)上,水体盛放装置(5)聚乙烯水桶内外壁喷涂哑黑漆减少容器内壁反射及外部环境的影响。
10.如权利要求1所述的实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置,其特征在于:所述实验室悬浮泥沙水体偏振光谱测量装置设置在暗房内。
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CN109490222A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-03-19 | 核工业北京地质研究院 | 一种偏振光谱测量装置及其测量方法 |
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Date | Code | Title | Description |
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |