[发明专利]一种冰体上行辐射测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

 本发明涉及海洋监测领域，尤其涉及一种冰体上行辐射测量装置及其测量方法。

背景技术

现场研究太阳辐射在海冰中的分布，对于解释能量收支、热量在大气-海冰-海洋中的分布、海冰内部和下层的生物分布具有重要的作用。

由于海冰是一种固体物质，海冰的上行辐射的测量可首先在海冰上钻取冰洞，然后将探头放置于冰洞内测量海冰的上行光场。测量中主要面临的难点问题为：上行光场的测量需要测量上行光的一个半球面，采用什么类型的光学探头才可以接收一个半球面的光。

目前，并没有专用的商业仪器用于测量海冰上行辐射剖面，研究学者们测量上行辐射剖面光谱时多采用自主研发的各类上行辐射剖面光谱测量装置，并且其中大多数都是基于地物光谱仪改装而成，并且针对本文上述的测量海冰上行辐射剖面光谱中面临的难点问题，暂时还没有一个完美的解决方案。

发明内容

本发明的目的是研制一种适用于测量固体物质的冰体上行辐射测量装置。

为了实现上述目的，本发明包括如下技术特征：

一种冰体上行辐射测量装置，包括数据采集装置、太阳下行辐射测量装置、探头装置，支架装置，所述数据采集装置分别与所述太阳下行辐射测量装置和探头装置连接，用于采集所述太阳下行辐射的测量装置和探头装置所测量的数据，所述支架装置用于固定所述探头装置和太阳下行辐射测量装置，太阳下行辐射测量装置、探头装置是统一被支架装置固定，太阳下行辐射测量装置用于测量太阳的下行辐射Es，目的是为了在海冰上行辐射测量过程中，减弱太阳下行辐射变化所带来的影响，探头装置用于测量冰洞内光的上行辐射，所述探头装置包括光纤管和余弦接收器探头，所述光纤管用于连接所述余弦接收器探头和所述数据采集装置。

所述数据采集装置为PC104工业式嵌入式电脑和订制的光谱仪，采用耐低温保护，所述光谱仪分别与所述太阳下行辐射测量装置和探头装置连接，采集由所述太阳下行辐射测量装置和探头装置传送过来的光信息，经处理后传送到所述计算机进行处理和存储。

所示数据采集装置采用预设计的软件对数据实现自动采集及存储或采用人工操作对数据进行采集及存储。

所述太阳下行辐射测量装置，包括辐照度探头和用于固定所述辐照度探头的第一支架，所述辐照度探头与所述数据采集装置连接。

更进一步，探头装置的探头为余弦接收器探头，可测量半个球面体的上行辐射，上行辐射光场较弱，因此要求探头的聚四氟乙烯片较薄，以此达到对微弱信号具有较高的灵敏度，探头具有水密性，探头的直径应尽量的小，从而可减小所钻冰洞的直径，以最大程度减小冰洞对海冰光场的破坏。

所述支架装置，包括设定探头垂直向上的支架，支架中间有一个套管，套管侧面设有两个可手动旋转的顶柱，将光纤管插入套管，通过松开旋转顶柱，可保证探头装置在支架内上下滑动，通过旋紧顶柱，可固定探头装置于冰洞内的特定位置。为了减少测量仪器所带来的干扰，所用的装置要镀成黑色。

具体测量方法为，首先选取要测量的海冰，在冰体上钻洞，所钻的冰洞确保不能穿透海冰，冰洞的直径要大于探头装置的最大直径，从而可保证探头装置可放置于冰洞内，将太阳下行辐射照度装置安装好用于测量太阳下行辐照度Es，设定所述余弦接收器探头与所述冰洞口平行，测量其上行光谱Eu(0)，其中太阳的下行辐照度Es与Eu的测量是同步的，从而可获得相对冰体上行辐射Du(0)= Eu (0)/ Es，当测量完洞口的下行辐射后，根据太阳下行辐照度Es按一定的步长间隔用上行辐射测量探头测量冰体的下行辐射Eu (z)，其中z为海冰的深度，从而可获得Du(z)。每次测量的间隔，将塑料管放入冰洞底，抽干冰洞内所渗透的海水，以避免浸没效应的影响。上行辐射衰减系数                                               ， 其中λ为波长，z为海冰的深度，θ为散射角，t为时间，t的作用是将天空光Es测量的值与冰洞上行光谱Eu的值联系起来，即相同的时间所测量的值一一对应，相对上行辐射场Dru(z)= Du(z)/ Du(0)。

相对现有技术，本发明具有以下优点：

本发明中采用自动化的方法来收集测量到数据，便于数据的统计，和处理，探头装置的探头为余弦接收器探头，可测量半个球面体的上行辐射，上行辐射光场较弱，因此要求探头的聚四氟乙烯片较薄，以此达到对微弱信号具有较高的灵敏度，采用固定的支架和活动的套管使到探头装置可以随时固定到冰洞任何特定深度，探头及光纤保护管均镀成黑色，有效减小仪器对光场的影响。

附图说明