專利名稱：坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力熒光檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力熒光檢測系統(tǒng)，采用熒光測量法 在現(xiàn)場快速、有效地對珊瑚礁的初級生產(chǎn)力進行;險測。
背景技術(shù)：
由于紫外線增強、溫室效應(yīng)以及土地利用的快速變化，近海生態(tài)環(huán)境受到 很大的沖擊，珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)不同程度的白化和衰退現(xiàn)象。采用熒光方法
對珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的石友通量和初級生產(chǎn)力進行;險測，對于業(yè)務(wù)化;險測珊瑚礁的 碳通量、早期了解珊瑚礁的白化現(xiàn)象，進一步了解珊瑚礁的生存狀況具有重要 的意義，為我國在二氧化碳減排的國際談判中提供重要籌碼。
基于傳統(tǒng)對初級生產(chǎn)力的現(xiàn)場監(jiān)測主要采用14C示蹤法、葉綠素同化指數(shù)法、 黑白瓶法等。而由于初級生產(chǎn)力的時效性很強，傳統(tǒng)技術(shù)("C示蹤法、葉綠素 同化指數(shù)法、黑白瓶法) 一般需要進行培養(yǎng)，不但花費時間，而且費力，檢測 精度方面受到影響也較大，與實際環(huán)境之間差別較大，還可能會受到重金屬等 物質(zhì)污染的影響，導(dǎo)致測量結(jié)果與實際情況之間有一定的差別，數(shù)據(jù)獲得也較為 不容易。在現(xiàn)場對珊瑚礁光合作用進行測定相對來說比4交困難，傳統(tǒng)方法4艮難 實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種有效提高檢測效率的坐基 式珊瑚礁初級生產(chǎn)力焚光4僉測系統(tǒng)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力熒 光檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過向珊瑚礁發(fā)出脈沖激光光源，接收由珊瑚礁產(chǎn)生的熒 光，并根據(jù)激發(fā)光源的強度及熒光信號數(shù)據(jù)計算出珊瑚礁的初級生產(chǎn)力。該檢測系統(tǒng)包括探測儀及實驗室控制系統(tǒng)，該探測儀包括熒光激發(fā)裝置、 熒光采集裝置及海上控制裝置，該熒光激發(fā)裝置發(fā)出脈沖激光光源對珊瑚礁進 行激發(fā)并產(chǎn)生熒光，熒光采集裝置對珊瑚礁產(chǎn)生的熒光信號進行實時采集，海 上控制裝置對熒光激發(fā)裝置的開或關(guān)、熒光激發(fā)頻率及對熒光采集裝置的開或 關(guān)、熒光釆集頻率進行控制，并將采集到的熒光信號數(shù)據(jù)傳輸至實驗室控制系 統(tǒng)，實驗室控制系統(tǒng)對熒光數(shù)據(jù)進行采集、校正、計算和管理。
該熒光激發(fā)裝置包括依次連接的激發(fā)光源、第一光柵、光極化器、第一光 強衰減光柵、光束分離器、光纖及激發(fā)光探頭，該熒光激發(fā)裝置通過激發(fā)光探 頭發(fā)出脈沖光源對珊瑚礁進行激發(fā)，該光束分離器還依次通過第二光強衰減光
柵、光電二極管、第二凸透鏡及第二A/D轉(zhuǎn)換器連接至海上控制裝置。
該熒光采集裝置包括依次連接的熒光接收探頭、光纖、第二光柵、單色光 分離器、光電倍增管、第一凸透鏡及第一 A/D轉(zhuǎn)換器，第一A/D轉(zhuǎn)換器連接至 海上控制裝置，該焚光采集裝置通過熒光接收探頭對珊瑚礁產(chǎn)生的熒光信號進 行采集。
該海上控制裝置包括為焚光激發(fā)裝置及熒光采集裝置提供電源的電源模 塊，用于控制激發(fā)光源、熒光采集、A/D轉(zhuǎn)換器工作的控制模塊，與實驗室控制 系統(tǒng)實現(xiàn)無線通訊的第 一通訊模塊及檢測海里溫度及壓力參數(shù)的環(huán)境參數(shù)模 塊，該海上控制裝置將激發(fā)光源信號及熒光信號通過第一通訊模塊傳輸至實驗 室控制系統(tǒng)。
第一 A/D轉(zhuǎn)換器及第二 A/D轉(zhuǎn)換器還通過一信號儲存器連接至控制模塊， 該信號儲存器用于儲存激發(fā)光源信號及熒光信號。
該海上控制裝置還包括一用于采集有效光合輻射的光強傳感器，光強傳感 器與海上控制裝置的控制模塊連接，并由控制模塊控制其開啟或關(guān)閉，控制模 塊通過第一通訊模塊將有效光合輻射信號傳輸至實驗室控制系統(tǒng)。
該實驗室控制系統(tǒng)包括對熒光信號數(shù)據(jù)進行校正的現(xiàn)場比測資料輸入模 塊，對激發(fā)光源的強度進行定標(biāo)算出熒光量子吸收產(chǎn)出比的光學(xué)定標(biāo)模塊，對 萸光測量信號的可靠性進行驗證的真實性檢驗?zāi)K、與海上控制裝置實現(xiàn)無線通訊的第二通訊模塊、對校正后的熒光信號數(shù)據(jù)及熒光量子吸收產(chǎn)出比進行分 析處理并計算出珊瑚礁初級生產(chǎn)力的數(shù)據(jù)分析處理模塊及數(shù)據(jù)管理模塊。
該第 一通訊模塊包括超短波收發(fā)信機及衛(wèi)星數(shù)據(jù)收發(fā)信機，第二通訊模塊
包括衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收機，該脈沖光源的頻率在1MHz以上。
該探測儀安裝于一水密外殼內(nèi)，該水密外殼包括殼身、設(shè)于殼身一端的水 密下蓋、設(shè)于殼身另一端的水密上蓋及安裝于水密上蓋上的探頭蓋，該水密上 蓋內(nèi)安裝有光纖，該激發(fā)光探頭及熒光探測器位于探頭蓋內(nèi)表面，并通過設(shè)于 探頭蓋上的光學(xué)玻璃與珊瑚礁進行光信號傳輸，該水密上蓋還設(shè)有一有效光合 輻射光強傳感器蓋，殼身內(nèi)表面設(shè)有與探測儀上的固定裝置相配合的探測儀固 定板，殼身下表面還設(shè)有一探測儀底座。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點和有益效果
本發(fā)明采用熒光激發(fā)裝置發(fā)出的脈沖光源對珊瑚礁進行激發(fā)，其產(chǎn)生的熒 光通過熒光采集裝置對熒光信號進行實時采集的方法，可以方^_、快捷地對珊 瑚礁焚光產(chǎn)量進行探測。探測到的熒光數(shù)據(jù)采用無線傳輸?shù)姆椒ǎ梢灾苯釉?實驗室對數(shù)據(jù)進行采集、分析和管理。
本發(fā)明可以在現(xiàn)場快速、有效地對珊瑚礁的碳通量、初級生產(chǎn)力和生存狀 況進行檢測，在很大程度上提高了珊瑚礁碳通量、初級生產(chǎn)力以及生存狀況的 檢測效率，而且通過無線發(fā)送和接收系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行實時傳輸。


圖1為本發(fā)明坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力熒光^^測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明安裝4果測^C的水密外殼的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明海上控制裝置的原理框圖； 圖4為本發(fā)明的原理框圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細(xì)的描述。
熒光法對珊瑚礁的初級生產(chǎn)力進行測量具有快速、 -使捷、連續(xù)測量、不需 要培養(yǎng)等優(yōu)勢。熒光測量法作為初級生產(chǎn)力的一種重要方法，對珊瑚礁初級生
6產(chǎn)力的準(zhǔn)確、快速檢測具有相當(dāng)重要的意義。
本發(fā)明提供了 一種坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力熒光檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過向 珊瑚礁發(fā)出脈沖激光光源，接收由珊瑚礁產(chǎn)生的熒光，并根據(jù)激發(fā)光源的強度 及熒光信號數(shù)據(jù)計算出珊瑚礁的初級生產(chǎn)力。
該檢測系統(tǒng)包括探測儀及實驗室控制系統(tǒng)，該探測儀包括熒光激發(fā)裝置、 熒光釆集裝置及海上控制裝置，該熒光激發(fā)裝置發(fā)出脈沖激光光源對珊瑚礁進 行激發(fā)并產(chǎn)生熒光，熒光采集裝置對珊瑚礁產(chǎn)生的熒光信號進行實時采集，海 上控制裝置對熒光激發(fā)裝置的開或關(guān)、熒光激發(fā)頻率及對熒光采集裝置的開或 關(guān)、熒光釆集頻率進行控制，并將采集到的熒光信號數(shù)據(jù)傳輸至實驗室控制系 統(tǒng)，實驗室控制系統(tǒng)對熒光數(shù)據(jù)進行采集、校正、計算和管理。
如圖1所示，該熒光激發(fā)裝置包括依次連接的激發(fā)光源1、第一光4冊2、光 極化器3、第一光強衰減光柵4、光束分離器5、光纖6及激發(fā)光探頭15,該熒 光激發(fā)裝置通過激發(fā)光探頭15發(fā)出脈沖光源對珊瑚礁進行激發(fā)，該光束分離器 5還通過第二光強衰減光柵4、光電二極管13、第二凸透鏡IO及第二 A/D轉(zhuǎn)換 器ll連"l婁至海上控制裝置。
該第一、第二光強衰減光柵4的作用是對較強光強通過信號飽和溢出的方 式進行衰減，使光強適合儀器測量；光電二極管13是將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?；?二凸透鏡10是對激光信號進行加強。另外，該脈沖光源的頻率在lMHz以上。
該熒光采集裝置包括依次連接的熒光探測器14、光纖6、第二光柵7、單色 光分離器8、光電倍增管9、第一凸透鏡10及第一A/D轉(zhuǎn)換器11,該熒光采集 裝置通過熒光探測器14對珊瑚礁產(chǎn)生的熒光信號進行采集，第一 A/D轉(zhuǎn)換器連 接至海上控制裝置。
該熒光激發(fā)裝置、熒光采集裝置是通過電纜與海上控制裝置進行聯(lián)系。第 一、第二 A/D轉(zhuǎn)換器11將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。第一凸透鏡10是對熒光 信號進4亍力口強。
如圖3所示，該海上控制裝置包括為焚光激發(fā)裝置及熒光采集裝置提供電 源的電源模塊21,用于控制激發(fā)光源、熒光采集、數(shù)據(jù)存儲、A/D轉(zhuǎn)換器工作的控制模塊20,與實驗室控制系統(tǒng)實現(xiàn)無線通訊的笫一通訊模塊及檢測海里溫 度及壓力參數(shù)的環(huán)境參數(shù)模塊，該海上控制裝置將激發(fā)光源信號及熒光信號通
過第一通訊模塊傳輸至實驗室控制系統(tǒng)。具體的，該電源模塊21包括與控制模
塊連接的電源開關(guān)系統(tǒng)喚醒模塊、電源電壓電路及電源，該環(huán)境參數(shù)模塊包括
溫度探頭17及壓力探頭18。該海上控制裝置還包括數(shù)據(jù)存儲器、時鐘控制器及 總線擴展器，該控制模塊分別與數(shù)據(jù)存儲器及時鐘控制器連接，該控制模塊還 通過總線擴展器連接至電源模塊21。本發(fā)明中，該第一 A/D轉(zhuǎn)換器及第二A/D 轉(zhuǎn)換器還通過一信號儲存器12連接至控制模塊，該信號儲存器用于儲存激發(fā)光 源信號及熒光信號，海上控制裝置將儲存的激發(fā)光源信號及熒光信號傳輸至實 驗室控制系統(tǒng)。所述控制模塊為PC104。
該海上控制裝置還包括一用于采集有效光合輻射的光強傳感器16,光強傳 感器16與海上控制裝置的控制模塊連接，并由控制模塊控制其開啟或關(guān)閉，控 制模塊通過第 一通訊模塊將有效光合輻射信號傳輸至實驗室控制系統(tǒng)。
如圖4所示，該實驗室控制系統(tǒng)包括現(xiàn)場比測資料輸入模塊，數(shù)據(jù)分析處 理模塊，數(shù)據(jù)管理模塊，光學(xué)定標(biāo)與真實性檢驗?zāi)K及第二通訊模塊?，F(xiàn)場比 測資料輸入模塊是將探測到的熒光信號數(shù)據(jù)與有效光合輻射信號進行比對，對 熒光信號數(shù)據(jù)進行校正，除此之外，還可將4笨測到的熒光信號凄t據(jù)與采用"C或 溶氧測量的初級生產(chǎn)力數(shù)據(jù)進行比對，再對熒光信號數(shù)據(jù)進行校正；光學(xué)定標(biāo) 模塊主要是對激發(fā)光源的強度進行定標(biāo)，算出熒光量子的吸收產(chǎn)出比；真實性 檢驗?zāi)K是對測量信號的可靠性進行驗證，看是否是測量虛假信號；數(shù)據(jù)分析 處理模塊對校正后的熒光信號數(shù)據(jù)及熒光量子吸收產(chǎn)出比進行分析處理并計算 出珊瑚礁的初級生產(chǎn)力；第二通訊模塊用于接收來自海上控制裝置的激發(fā)光源 信號及熒光信號。
該第 一通訊模塊包括超短波收發(fā)信機和/或衛(wèi)星數(shù)據(jù)收發(fā)信機，超短波收發(fā) 信機與控制模塊20連接，衛(wèi)星數(shù)據(jù)收發(fā)信機通過接口電路與控制模塊20連接， 第二通訊模塊包括衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收機。
如圖2所示，該探測儀安裝于一水密外殼內(nèi)，該水密外殼包括殼身26、設(shè)于殼身26 —端的水密下蓋22、設(shè)于殼身26另一端的水密上蓋29及安裝于水密 上蓋29上的探頭蓋31,該水密上蓋29內(nèi)安裝有光纖6,該激發(fā)光探頭15及熒 光^:測器14位于探頭蓋31內(nèi)表面，并通過設(shè)于探頭蓋31上的光學(xué)玻璃32與 珊瑚礁進行光信號傳輸，該水密上蓋29還設(shè)有一有效光合輻射光強傳感器蓋30， 殼身26內(nèi)表面設(shè)有與探測儀上的固定裝置19相配合的探測儀固定板25,殼身 26下表面還設(shè)有一探測儀底座34。
該探測儀固定板25與水密下蓋22相連接，該探測儀固定板25通過固定沉 頭螺釘23固定于殼身26內(nèi)表面，探測儀固定板25與殼身26之間通過水密0 形圈24密封。該水密上蓋29通過固定螺釘28固定于殼身26的一端上，且水 密上蓋29與殼身26之間通過水密0形圈27密封。該探頭蓋31與水密上蓋29 卡扣配合，并通過水密0形圈33密封。
權(quán)利要求
1、一種坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力熒光檢測系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)通過向珊瑚礁發(fā)出脈沖激光光源，接收由珊瑚礁產(chǎn)生的熒光，并根據(jù)激發(fā)光源的強度及熒光信號數(shù)據(jù)計算出珊瑚礁的初級生產(chǎn)力。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力熒光檢測系統(tǒng)，其特征 在于該檢測系統(tǒng)包括探測儀及實驗室控制系統(tǒng)，該探測儀包括熒光激發(fā)裝置、 熒光釆集裝置及海上控制裝置，該熒光激發(fā)裝置發(fā)出脈沖激光光源對珊瑚礁進 行激發(fā)并產(chǎn)生熒光，熒光采集裝置對珊瑚礁產(chǎn)生的熒光信號進行實時采集，海 上控制裝置對熒光激發(fā)裝置的開或關(guān)、熒光激發(fā)頻率及對焚光采集裝置的開或 關(guān)、熒光采集頻率進行控制，并將采集到的熒光信號數(shù)據(jù)傳輸至實驗室控制系 統(tǒng)，實驗室控制系統(tǒng)對熒光數(shù)據(jù)進行采集、校正、計算和管理。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力焚光檢測系統(tǒng)，其特征 在于該熒光激發(fā)裝置包括依次連接的激發(fā)光源、第一光槺、光極化器、第一 光強衰減光柵、光束分離器、光纖及激發(fā)光探頭，該焚光激發(fā)裝置通過激發(fā)光 探頭發(fā)出脈沖光源對珊瑚礁進行激發(fā)，該光束分離器還依次通過第二光強衰減 光柵、光電二極管、第二凸透鏡及第二A/D轉(zhuǎn)換器連接至海上控制裝置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力熒光檢測系統(tǒng)，其特征 在于該熒光釆集裝置包括依次連接的熒光接收探頭、光纖、第二光柵、單色 光分離器、光電倍增管、第一凸透鏡及第一 A/D轉(zhuǎn)換器，第一A/D轉(zhuǎn)換器連接 至海上控制裝置，該焚光采集裝置通過熒光接收探頭對珊瑚礁產(chǎn)生的熒光信號 進行采集。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力熒光檢測系統(tǒng)，其特征 在于該海上控制裝置包括為熒光激發(fā)裝置及熒光采集裝置提供電源的電源模 塊，用于控制激發(fā)光源、熒光采集、A/D轉(zhuǎn)換器工作的控制模塊，與實驗室控制 系統(tǒng)實現(xiàn)無線通訊的第 一通訊模塊及檢測海里溫度及壓力參數(shù)的環(huán)境參數(shù)模 塊，該海上控制裝置將激發(fā)光源信號及熒光信號通過第一通訊模塊傳輸至實驗室控制系統(tǒng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力熒光檢測系統(tǒng)，其特征 在于第一 A/D轉(zhuǎn)換器及第二 A/D轉(zhuǎn)換器還通過一信號儲存器連接至控制模塊， 該信號儲存器用于儲存激發(fā)光源信號及熒光信號。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力熒光檢測系統(tǒng)，其特征 在于該海上控制裝置還包括一用于采集有效光合輻射的有效光合輻射光強傳 感器，光強傳感器與海上控制裝置的控制模塊連接，并由控制模塊控制其開啟 或關(guān)閉，控制模塊通過第一通訊模塊將有效光合輻射信號傳輸至實驗室控制系 統(tǒng)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力焚光檢測系統(tǒng)，其特征 在于該實驗室控制系統(tǒng)包括對熒光信號數(shù)據(jù)進行校正的現(xiàn)場比測資料輸入模 塊，對激發(fā)光源的強度進行定標(biāo)并算出熒光量子吸收產(chǎn)出比的光學(xué)定標(biāo)模塊， 對熒光信號的可靠性進行驗證的真實性檢驗?zāi)K、與海上控制裝置實現(xiàn)無線通 訊的第二通訊模塊、對校正后的熒光信號數(shù)據(jù)及熒光量子吸收產(chǎn)出比進行分析 處理并計算出珊瑚礁初級生產(chǎn)力的數(shù)據(jù)分析處理模塊及數(shù)據(jù)管理模塊。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力熒光檢測系統(tǒng)，其特征 在于該第一通訊模塊包括超短波收發(fā)信機及衛(wèi)星數(shù)據(jù)收發(fā)信機，第二通訊模 塊包括衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收機，該脈沖光源的頻率在lMHz以上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項所述的坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力熒光檢測 系統(tǒng)，其特征在于該探測儀安裝于一水密外殼內(nèi)，該水密外殼包括殼身、設(shè) 于殼身一端的水密下蓋、設(shè)于殼身另一端的水密上蓋及安裝于水密上蓋上的揮: 頭蓋，該水密上蓋內(nèi)安裝有光纖，該激發(fā)光探頭及熒光探測器位于探頭蓋內(nèi)表 面，并通過設(shè)于探頭蓋上的光學(xué)玻璃與珊瑚礁進行光信號傳輸，該水密上蓋還 設(shè)有一有效光合輻射光強光強傳感器蓋，殼身內(nèi)表面設(shè)有與探測儀上的固定裝置相配合的探測儀固定板，殼身下表面還設(shè)有一探測儀底座。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種坐基式珊瑚礁初級生產(chǎn)力熒光檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過向珊瑚礁發(fā)出脈沖激光光源，接收由珊瑚礁產(chǎn)生的熒光，并根據(jù)激發(fā)光源的強度及熒光信號數(shù)據(jù)計算出珊瑚礁的初級生產(chǎn)力；該系統(tǒng)包括探測儀及實驗室控制系統(tǒng)，該探測儀包括熒光激發(fā)裝置、熒光采集裝置及海上控制裝置，該熒光激發(fā)裝置發(fā)出脈沖激光光源對珊瑚礁進行激發(fā)并產(chǎn)生熒光，熒光采集裝置對珊瑚礁產(chǎn)生的熒光信號實時采集，海上控制裝置對熒光激發(fā)裝置的開或關(guān)、熒光激發(fā)頻率及對熒光采集裝置開或關(guān)、熒光采集頻率進行控制，并將采集的熒光信號數(shù)據(jù)傳輸至實驗室控制系統(tǒng)，實驗室控制系統(tǒng)對熒光數(shù)據(jù)進行采集、校正、計算和管理。本發(fā)明能有效提高檢測效率，且檢測方便、快捷。
文檔編號G02F1/35GK101539520SQ200910038698
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者盧桂新, 楊躍忠, 楊頂田 申請人:中國科學(xué)院南海海洋研究所