水下環境光原位測量裝置的製作方法
2023-04-29 22:34:46
專利名稱：水下環境光原位測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及環境光學測量技術領域，具體涉及一種水下環境光原位測量裝置。
背景技術：
光合有效福射(PhotosyntheticallyActive Radiation-PAR),是指能被綠色
植物用來進行光合作用波長為400nnT700nm範圍的光，它是形成植物能量的基本能源，直接影響著植物的生長、發育、產量及產品質量。目前已有測量環境光的儀表大都只能在陸地空間測量，能進入水下環境原位測量的儀器很少，並且都是只能測量180度半空間立體角範圍內的光，且大角度測量更是誤差很大，而自然環境中除了有日照輻射外，還有周圍環境形成的漫反輻射，這些光輻射對植物都是有影響的。現有輻射測量儀表受自然環境因素影響大，可靠性差、測量精度不高、環境光的空間接收角度小，使得使用範圍和領域受到限制。
發明內容
針對現有環境光測量儀在測量光合有效輻射方面所存在的問題與不足，本發明提供了一種能夠適用於水下和陸地空間不同所需環境的測量，滿足科研和生產需求的採用球形結構外殼作為光收集器的水下環境光原位測量裝置。本發明採用的技術方案是
水下環境光原位測量裝置，包括有光電探測器、控制器，其特徵在於還包括有具有球形結構外殼的光收集器、基座、聯網主機，光電探測器置於光收集器的球形結構外殼內，光收集器的球形結構外殼的內表面塗有漫反射塗層，所述的光收集器置於基座上，光收集器的球形結構外殼與基座之間開有通孔，基座的下方設有防水接插件，所述的控制器包括有電源供電模塊、信號採集模塊、數字控制模塊和顯示輸出模塊，數字控制模塊的主控單元為單片機，電源供電模塊分別為信號採集模塊、數字控制模塊、顯示輸出模塊供電，光電探測器的信號輸出端穿過通孔通過防水接插件與控制器的信號採集模塊連接，信號採集模塊的信號輸出端接入數字控制模塊的單片機，單片機外接顯示輸出模塊，單片機還通過串口與聯網主機通信連接。所述的控制器為手持顯不控制器,控制器還包括有一個殼體，電源供電模塊、信號採集模塊、數字控制模塊、顯示輸出模塊置於殼體內，殼體上開有一個條形槽，顯示控制模塊的顯示屏嵌在條形槽中。所述的光收集器的球形結構外殼的材料為聚甲基丙烯酸甲酯(簡稱PMMA)。所述的光收集器的球形結構外殼內表面的漫反射塗層的材料採用聚四氟已烯懸浮樹脂。本發明的原理是
本發明是採用一種具有球形結構外殼的光收集器，光收集器採用聚甲基丙烯酸甲酯(簡稱PMMA)為材料，對光收集器內表面進行漫反射塗層處理，漫反射塗層採用聚四氟已烯懸浮樹脂為材料，當光輻射進入光收集器後會在內部形成漫反射體。因此，從任何方向投射來的光線進入這個光收集器後在內部空間都會形成均勻的漫反輻射，從而能夠讓置於內部的光電探測器對大角度入射的光輻射也有很好的響應，提高了測量儀的角度響應特性。光電探測器的光探頭接收的光輻射經光電探測轉換後的電信號傳輸至控制器的數字控制模塊。為了滿足科研和生產需求，水下環境光原位測量裝置設計有兩種工作模式單機運行模式和網絡運行模式；在單機運行模式下，可作為可攜式測量設備，測量結果直接由手持顯示控制器的顯示輸出模塊顯示給出；在網絡運行模式下，測量結過通過串口上傳至控制室內的聯網主機，聯網主機通過串行口與監測系統進行通訊。與現有環境光測量儀表相比，本發明的有益效果在於
1)本發明的光收集器採用球殼形結構設計，內部表面進行漫射塗層處理，實現了對空間環境光的大角度收集，使測量具有良好的穩定性和角度響應特性；
2)、本發明具有單機運行和網絡運行兩種模式，可以滿足不同條件和要求下的應用；
3)、本發明工作溫度範圍寬、接收光輻射角度大，能夠快速、實時、在線自動準確測量， 能夠適用於水下和陸地空間不同所需環境的測量，滿足科研和生產需求。
圖I為本發明的結構示意圖。圖2為本發明的光收集器、基座、防水接插件的結構示意圖。圖3為本發明的控制器的結構框圖。圖4為本發明的一個實施例的角度響應特性示意圖。圖5為本發明的一個實施例的接收光信號與輸出電信號關係曲線圖。
具體實施例方式如圖1-3所示，水下環境光原位測量裝置，包括有光電探測器、控制器I、具有球形結構外殼的光收集器2、基座4、聯網主機3,光電探測器置於光收集器2的球形結構外殼內，光收集器2的球形結構外殼的內表面塗有漫反射塗層，光收集器2置於基座4上，光收集器2的球形結構外殼與基座4之間開有通孔，基座4的下方設有防水接插件5，控制器I包括有電源供電模塊6、信號採集模塊7、數字控制模塊8和顯示輸出模塊9，數字控制模塊8的主控單元為單片機，電源供電模塊6分別為信號採集模塊7、數字控制模塊8、顯示輸出模塊9供電，光電探測器的信號輸出端穿過通孔通過防水接插件5與控制器I的信號採集模塊7連接，信號採集模塊7的信號輸出端接入數字控制模塊8的單片機，單片機外接顯示輸出模塊9，單片機還通過串口與聯網主機3通信連接。控制器I為手持顯不控制器,控制器I還包括有一個殼體，電源供電模塊、信號米集模塊、數字控制模塊、顯示輸出模塊置於殼體內，殼體上開有一個條形槽，顯示控制模塊的顯示屏10嵌在條形槽中。光收集器2的球形結構外殼的材料為聚甲基丙烯酸甲酯(簡稱PMMA)。光收集器2的球形結構外殼內表面的漫反射塗層的材料採用聚四氟已烯懸浮樹脂。如圖I所示，單機運行模式下，光收集器內的光電探測器通過防水接插件與手持顯示控制器相連。在網絡運行模式下，通過串口讓手持顯示控制器與聯網主機之間傳輸數據。實施例利用發明的水下環境光原位測量裝置在水下環境中對環境光進行測量，測量的結果如圖4和圖5所示。結果表明①、本發明的水下環境光原位測量裝置有很好的角度響應特性、接收的光輻射信號與輸出的電信號之間有很好的線性關係。水下環境光原位測量裝置主要就是用於測量水生環境中的光合有效輻射，不同深
度的水下環境光照強度對水生生物群種分布有直接影響，原位準確撐握水下環境光信息，對研究湖泊和水庫內共生藻類植物的生長規律，實現藍藻水華預測預警具有重要意義。
權利要求
1.ー種水下環境光原位測量裝置，包括有光電探測器、控制器，其特徵在於還包括有具有球形結構外殼的光收集器、基座、聯網主機，光電探測器置於光收集器的球形結構外殼內，光收集器的球形結構外殼的內表面塗有漫反射塗層，所述的光收集器置於基座上，光收集器的球形結構外殼與基座之間開有通孔，基座的下方設有防水接插件，所述的控制器包括有電源供電模塊、信號採集模塊、數字控制模塊和顯示輸出模塊，數字控制模塊的主控單元為單片機，電源供電模塊分別為信號採集模塊、數字控制模塊、顯示輸出模塊供電，光電探測器的信號輸出端穿過通孔通過防水接插件與控制器的信號採集模塊連接，信號採集模塊的信號輸出端接入數字控制模塊的單片機，單片機外接顯示輸出模塊，單片機還通過串ロ與聯網主機通信連接。
2.根據權利要求I所述的水下環境光原位測量裝置，其特徵在於所述的控制器為手持顯示控制器，控制器還包括有ー個殼體，電源供電模塊、信號採集模塊、數字控制模塊、顯示輸出模塊置於殼體內，殼體上開有ー個條形槽，顯示控制模塊的顯示屏嵌在條形槽中。
3.根據權利要求I所述的水下環境光原位測量裝置，其特徵在於所述的光收集器的球形結構外殼的材料為聚甲基丙烯酸甲酯(簡稱PMMA)。
4.根據權利要求I所述的水下環境光原位測量裝置，其特徵在於所述的光收集器的球形結構外殼內表面的漫反射塗層的材料採用聚四氟已烯懸浮樹脂。
全文摘要
本發明公開了一種水下環境光原位測量裝置，包括有光電探測器、控制器、具有球形結構外殼的光收集器、基座、聯網主機，光電探測器置於光收集器的球形結構外殼內，光收集器的球形結構外殼的內表面塗有漫反射塗層，光收集器置於基座上，基座的下方設有防水接插件，控制器包括有電源供電模塊、信號採集模塊、數字控制模塊和顯示輸出模塊，光電探測器的信號輸出端與控制器的信號採集模塊連接，信號採集模塊的信號輸出端接入數字控制模塊的單片機，單片機外接顯示輸出模塊，單片機還通過串口與聯網主機通信連接。本發明從任何方向投射進來的光線在內部空間都會形成均勻的輻射，具有單機運行和網絡運行兩種工作模式，還能夠適用於水下和陸地空間不同所需環境中的測量。
文檔編號G01J1/04GK102853906SQ201210096140
公開日2013年1月2日 申請日期2012年4月1日 優先權日2012年4月1日
發明者馬明俊, 趙南京, 劉文清, 殷高方, 張玉鈞, 劉晶, 王寅, 肖雪, 劉建國 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所