[发明专利]海洋观测微颗粒测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及海洋探测技术，特别是涉及一种海洋观测微颗粒测量仪。

背景技术

目前我国海洋洋流尤其是深海洋流探测技术尚不完善，可选用的海洋观测仪器很少，且主要应用于浅海区域，使用腔体或水下机器人进行浅海的观测，数据观测的能力相当有限，且数据样本采用现场采样，返岸对样本进行分析处理的方式，具有滞后性，无法得到实时数据，不能反映实时的海底动力学信息，难以满足海洋研究人员对海洋尤其深海环境动力机理研究及探测的需求。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种海洋观测微颗粒测量仪，具有良好的深海微颗粒观测能力。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种海洋观测微颗粒测量仪，包括密封的腔体，所述腔体上开设有透明的观测窗口，所述观测窗口外设置有光源，所述腔体中在所述观测窗口的内侧设置有拍摄装置，所述拍摄装置包括相机、设置在所述相机的前端的显微物镜以及连接在所述显微物镜上的物镜变焦机构，所述相机的输出端连接到所述腔体中的观测数据处理装置，所述光源以及所述物镜变焦机构连接到所述腔体中的控制装置，所述观测数据处理装置和所述控制装置连接到所述腔体的外部线缆接口。

进一步地，所述腔体包括观测仓和控制仓，所述拍摄装置安装在所述观测仓内，所述观测数据处理装置和所述控制装置安装在所述控制仓内，所述观测仓和所述控制仓之间以隔热板隔离。

进一步地，所述腔体包括贯通的圆柱形外壳、密封覆盖在所述外壳前端和后端的腔体前盖及腔体后盖，所述观测窗口设置在所述腔体前盖上。

进一步地，所述腔体内安装有与所述腔体前盖平行设置的支撑板，所述相机和所述显微物镜通过相机和物镜支架固定，所述相机和物镜支架一端安装在所述腔体前盖上，另一端安装在所述支撑板上。

进一步地，所述隔板为隔热板，所述隔热板将所述腔体分隔为观测仓和控制仓，所述拍摄装置安装在所述观测仓内，所述观测数据处理装置和所述控制装置安装在所述控制仓内。

进一步地，所述光源包括LED灯和激光灯，其中所述LED灯的光照强度高于所述激光灯的光照强度。

进一步地，所述观测窗口的外侧设置有清洁刷，所述腔体的侧边设置有电机，所述清洁刷与所述电机的驱动端相耦合，所述电机的控制端连接到所述控制装置，所述清洁刷的清洁范围覆盖所述观测窗口和所述光源。

进一步地，所述观测窗口为蓝宝石玻璃窗口。

所述外壳为钛合金外壳。

一种使用所述海洋观测微颗粒测量仪的微颗粒追踪测速方法，包括以下步骤：

通过所述海洋观测微颗粒测量仪的拍摄装置显微放大并拍摄颗粒物图像，并将所拍摄的图像传送到所述海洋观测微颗粒测量仪的观测数据处理装置进行处理，处理过程包括：

连续两帧图像进行图像处理增强，二值化颗粒物图像；

扫描确定颗粒物的中心点，以中心点代表相应颗粒物；

采用匹配相关算法对连续两帧的单个颗粒物分别进行相关性匹配，以实现颗粒物追踪；

利用连续两帧的颗粒物位移和时间信息计算出颗粒物的平均速度、最大速度和最小速度；

根据颗粒物的位移信息确定瞬时的流场图。

本发明的有益效果：

本发明中，在密封腔体内的拍摄装置在相机前端设置显微物镜以及连接在显微物镜上的物镜变焦机构，相机采用高速高清相机，通过显微物镜的放大作用和物镜变焦机构的变焦调节作用，使得观测量级可以达到微米级别，且能够适应海底环境和观测微颗粒情况针对性地进行调节，相对于现有技术，本发明大大提高了观测精度以及观测系统对于深海环境的适应性。例如，通过本发明的拍摄装置，可以摄取清晰的微细图像以获得泥沙和藻类等颗粒物大小、位置和形状参数，同时也能实时地观测得到深海沉积层与上覆水体间物质交换情况及海底颗粒物流动情况，从而能够利用密封腔内的观测数据处理装置对摄取的图像数据进行分析，以获得瞬时湍流流速、物质通量等重要参数，实时有效地获得深海海底微颗粒物质的状态和运动等信息。这些信息可以通过腔体的外部线缆接口经线缆实时传送到岸上。本发明能够精确地、实时地得到这些数据信息，对于促进海洋物理、海洋生物和生态的研究有着重要的意义。

通过本发明的微颗粒追踪测速方法，海洋观测微颗粒测量仪对采集得到的图像进行在线处理，提取颗粒物大小、位置等关键信息传输上岸，研究者可以在岸基获得实时的深海环境观测数据，从而为深海海底水动力学的研究和更深入的深海观测提供了强有力的技术支持。

附图说明