[发明专利]一种基于双线阵的海洋飞沫测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于双线阵的海洋飞沫测量装置，所述装置包括光学系统、双线光电二极管阵列、光电信号采集处理电路和数据处理及显示模块；所述光学系统用于输出一准直、光强分布均匀的激光光束，直接照射于双线光电二极管阵列上；并用于对捕捉的海洋飞沫进行成像；所述双线光电二极管阵列为在一块光电传感元件上封装平行设置的两列规格和性能完全一致的光电二极管阵列单元；所述光电信号采集处理电路对接收到的双线光电二极管阵列输出的计时脉冲信号进行处理，计算出海洋飞沫的速度，并实时更新海洋飞沫粒子图像的采样率，对海洋飞沫在光电二极管阵列上的成像进行采集和处理，然后将处理后的数据上传至数据处理及显示模块。

技术领域

本发明涉及粒子测量领域，具体涉及一种基于双线阵的海洋飞沫测量装置及方法。

背景技术

海洋飞沫是指海面附近空气中存在的各种大小不同的海水滴，它是在风和浪的共同作用下产生的。飞散到空中的海洋飞沫在重力和湍流的共同作用下，较大的海水滴会在短时间内重新落回海面，但在此过程中，大水滴蒸发过程可以通过热量和动量交换对海—气界面过程产生影响；较小的海水滴在大气湍流作用下，可上升到高空而长时间悬浮于大气中，又称之为海洋气溶胶。海洋气溶胶占据全球气溶胶的44％，作为云凝结核，可对海洋层积云的微物理和化学性质有非常大的影响，是气候预测最大的不确定因素之一。因此对海洋飞沫的粒径和飞越速度的测量有助于理解海洋飞沫在海-气相互作用过程中的作用及其对气候的影响。

早期的海洋飞沫观测方法主要是利用试剂纸对海浪破碎产生的海水滴进行观测，但这需要大量的人工作业，效率比较低且仅能对大的海水滴进行测量。近些年来，基于光学的海洋飞沫测量得到了广泛的应用。基于光学的海洋飞沫测量具体可分为基于光学散射的测量技术和基于光学成像的测量技术。基于光学散射的测量技术可以测量粒子的大小，但是无法获取粒子的具体形状和速度信息，而且测量的粒径范围有限。光学成像的测量技术不仅能够测量粒子的大小，还能够记录粒子的影像，根据粒子的影像就可以获取粒子的形状信息，但现有的光学成像技术无法获取海洋飞沫的速度信息。本发明通过利用双线阵的成像测量技术，实现了海洋飞沫的粒径和速度信息的准确测量，填补了目前海洋飞沫测量领域的空白。

发明内容

本发明的目的在于克服目前的光学成像测量技术在海洋飞沫测量上存在的缺陷，设计了一种基于双线阵的海洋飞沫测量装置，该装置不仅可以对海洋飞沫进行成像和粒径测量，而且采用两组光电二极管阵列，能够有效测量海洋飞沫的速度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于双线阵的海洋飞沫测量装置，所述装置包括：光学系统、双线光电二极管阵列、光电信号采集处理电路和数据处理及显示模块；

所述光学系统，用于输出一准直、光强分布均匀的激光光束，直接照射于双线光电二极管阵列上；并用于对双线光电二极管阵列捕捉的海洋飞沫进行成像；

所述双线光电二极管阵列为在一块光电传感元件上封装平行设置的两列规格和性能完全一致的光电二极管阵列单元；当有海洋飞沫经过时，输出通过两个光电二极管阵列单元的计时脉冲信号到光电信号采集处理电路进行处理；

所述光电信号采集处理电路对接收到的双线光电二极管阵列输出的计时脉冲信号进行处理，计算出海洋飞沫的速度，并实时更新海洋飞沫粒子图像的采样率，对海洋飞沫在光电二极管阵列上的成像进行采集和处理，然后将处理后的数据上传至数据处理及显示模块。

作为上述装置的一种改进，所述光学系统包括：光源、激光光束整形模块和成像光学模块；

所述光源是一个半导体激光器，输出一光强分布均匀的圆形激光束；

所述激光光束整形模块为一个透镜，用于将光源输出的激光光束准直为一平行的激光束；

所述成像光学模块，用于通过配置不同参数的透镜，实现对粒子不同分辨率的成像。