[发明专利]水体光学衰减系数测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种水体光学衰减系数测量装置及方法，该装置包括光源、探测器、与所述探测器连接且带动所述探测器沿光路移动的移动机构以及与所述探测器连接的中央处理器，所述探测器为照度计或功率计或单点探测器或面阵探测器或能量计，所述探测器的探测面的尺寸大于所需探测的光斑的尺寸。首先通过探测器测量光源发出的光束的初始辐照度值或初始单脉冲能量值或初始辐射功率值或初始信号强度值，接着通过移动机构带动探测器沿光路移动，测量不同距离对应的辐照度值或单脉冲能量值或辐射功率值或初始信号强度值，针对得到的多组测量数据进行拟合，得到水体的光学衰减系数值。本发明结构简单，成本低廉，使用方便，效果可靠，准确度高。

技术领域

本发明涉及水下光学探测领域，具体涉及一种水体光学衰减系数测量装置及方法。

背景技术

近年来，水下光学探测的应用越来越广泛，包括水体污染检测、激光探测等，而现有的水下光学成像设备没有通用的性能指标和标准，即不同的成像设备在不同水体条件下得到的最远成像距离结果之间没有关联性。目前，学术界通用的不同环境下衡量水下成像距离的性能参数采用光学衰减系数及其倍数来描述，然而由于水体对光的吸收和散射是很复杂的物理过程，准确测量水体的衰减系数非常困难。国际上通常采用仪器来观测光能量在水中的衰减，以确定其对光的衰减系数，如Wetlabs生产的AC系列衰减系数测量仪，然而该产品的价格达到数百万，并不适用于商业应用。

因此，提供一种成本低、使用方便、测量准确的水体光学衰减系数测量装置不仅非常必要，也是水下光学探测技术发展过程中的重要环节。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种成本低、使用方便、准确度高的水体光学衰减系数测量装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种水体光学衰减系数测量装置，包括光源、探测器、与所述探测器连接且带动所述探测器沿光路移动的移动机构以及与所述探测器连接的中央处理器，所述探测器为照度计或功率计或能量计或单点探测器或面阵探测器，所述探测器的探测面的尺寸大于所需探测的光斑的尺寸。

进一步的，所述光源为连续光光源或脉冲光源，所述光源沿光路后方设有窄带滤光片。

进一步的，所述光源为脉冲光源，所述探测器为能量计。

进一步的，所述探测器为照度计或功率计或能量计，所述光源与所述照度计或功率计或能量计之间设有光斑尺寸探测单元，所述光斑尺寸探测单元与所述照度计或功率计或能量计之间还设有可变光阑，所述光斑尺寸探测单元和可变光阑分别与移动机构和中央处理器连接。

进一步的，所述光斑尺寸探测单元包括设于光路上的分光器和与所述分光器对应的面阵探测器。

进一步的，所述探测器为面阵探测器，所述光源与所述面阵探测器之间还设有可变光阑。

进一步的，所述探测器为单点探测器，所述光源与所述单点探测器之间还设有收光装置，所述收光装置的口径大于光斑的尺寸。

本发明还提供一种水体光学衰减系数测量装置的测量方法，包括以下步骤：

S1:探测器测量光源发出的光斑的初始参数信息，该初始参数信息为初始辐照度值或初始单脉冲能量值或初始辐射功率值或初始信号强度值；

S2:移动机构带动探测器沿光路移动一段距离，测量对应距离的辐照度值或单脉冲能量值或辐射功率值或信号强度值，并将该测量数据上传至中央处理器；

S3：重复步骤S2若干次，得到不少于三组距离与辐照度值或能量值或辐射功率值或信号强度值的测量数据；

S4：中央处理器针对所有的距离与辐照度值或能量值或辐射功率值的测量数据进行拟合，得到当前水体的衰减系数值。

进一步的，所述光源发出的光束在水体中的传播过程满足下列公式：