專利名稱：船用海面微結(jié)構(gòu)測(cè)量裝置的制作方法
船用海面微結(jié)構(gòu)測(cè) 5
駄領(lǐng)域
木發(fā)明是一種^ffi光學(xué)編碼方法，用來實(shí)時(shí)測(cè)量海面短波幾何和動(dòng)力學(xué)特征及其時(shí) 1分布，面微結(jié)構(gòu)三維特征參量的船用海面微結(jié)構(gòu)測(cè)量，。 背景駄
由于海面的微尺度運(yùn)動(dòng)在動(dòng)力海洋學(xué)，^^相互作用禾口遙自洋學(xué)等領(lǐng)域的研究 和應(yīng)用具有重要意義，自上世紀(jì)初起，國(guó)際上就開々誠(chéng)行微結(jié)構(gòu)測(cè)量?jī)x器的石雕lj。主要
有COX粒了光強(qiáng)編碼技術(shù)，^ff制了專門測(cè)量海面微結(jié)構(gòu)的光學(xué)驢，測(cè)1MMM 波面斜率及其時(shí)間序列。但它以光^S行計(jì)算斜率的方法存在如下問題波浪的起伏引 入了光程差，導(dǎo)致光強(qiáng)發(fā)生變化，斜率大時(shí)，光強(qiáng)于斜率間不再是現(xiàn)行的對(duì)應(yīng)關(guān)系，散 射光強(qiáng)的影響難以刻艮。并且以日光作為光源直掛白攝太陽耀孩樹環(huán)境斜頓求很高， 通常是在晴空的情況下，而且光照要相Xtt勻勻。
對(duì)于掃描式激光,測(cè)量?jī)xSLSG (Scanning Laser Slope Gauge),它設(shè)計(jì)了立體 觀測(cè)系統(tǒng)，該測(cè)量體側(cè)重于測(cè)量海面短m的斜率及其時(shí)伊變化，《拉體觀測(cè)需要兩 個(gè)以上的觀測(cè)^g精確的定位，這在海上i(驗(yàn)《^(隹得至幌障。
Xin Zhang和Cox提出了顏色編碼技術(shù)，設(shè)計(jì)研帝諷短脫斜率測(cè)量?jī)x，它 3 色編碼以不同的色光的識(shí)別技術(shù)，依據(jù)被編碼的色光在一個(gè)特殊光學(xué)系統(tǒng)和水j:W境中 的幾何光學(xué)分布測(cè)量海面短波的斜率，實(shí)現(xiàn)海面二維波浪結(jié)構(gòu)的觀測(cè)。其裝置的技術(shù)指 觀測(cè)面積直徑166.4ram，波的空間^f,率0.6咖，斜率的測(cè)量精度5°。其缺點(diǎn)是現(xiàn) 場(chǎng)測(cè)量方式_ 用雙體船自額則量模式，無賺附于常規(guī)海洋作M只進(jìn)行海上作業(yè)， 同時(shí)無法實(shí)時(shí)監(jiān)慰見測(cè)圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是掛共一種船用海面微結(jié)構(gòu)測(cè)量裝置，以克服其原有技術(shù)的不足。 本發(fā)明在己有Xin Zhang的顏色編碼原理，與CCD相機(jī)和計(jì)^^li且成的信息!銷俞處 理系統(tǒng)M軟件對(duì)海面，場(chǎng)監(jiān)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，考慮至贓海洋科考禾,繪船舶等多種 船只的現(xiàn)場(chǎng)作鵬行海面微結(jié)構(gòu)的高精度領(lǐng)糧，而專門設(shè)計(jì)的升卩^g和7K下光學(xué)體。 本發(fā)明包括由光源和測(cè)i^i碼器組皿經(jīng)由光學(xué)窗口玻璃密封的水下光學(xué)，，由 CCD相機(jī)和計(jì)穀形賊的信息j輸處sm統(tǒng)，其特征是它還包括與水下光學(xué)^B^接的、 另一端固定在船舷的基座上的升,置，所述的升 置上的導(dǎo)軌焊接并緊貼在導(dǎo)軌架 上，經(jīng)由導(dǎo)軌架上部的電機(jī)牽弓股置在導(dǎo)軌架兩端上的升離，導(dǎo)軌^il兩個(gè)平行卡
環(huán)連接于基座，基座垂直固定在船甲l^i:。
所述的測(cè)量編碼器包括有l(wèi)tM兩端設(shè)有的班離窗口 ，菲涅爾itl竟相鄰于上端玻璃窗 口的下部，顏色編碼片緊貼于下端玻璃窗口上，顏色編碼片位于菲涅爾透鏡的焦面上， 光源、顏色編碼片、菲纟稱邈竟在同一光軸上(以下稱之為系統(tǒng)光軸)。
本發(fā)明可適用于多種船只進(jìn)行高精度和大尺度的海面微結(jié)構(gòu)的測(cè)量，其岡勝結(jié)構(gòu)良 好，滿足精密光學(xué)系統(tǒng)的要求，并方便實(shí)現(xiàn)在各種船舷結(jié)構(gòu)安裝。
本發(fā)明有升卩機(jī)置，水下光學(xué)裝置在f^I航行時(shí)會(huì)^I提升而置于水面以上，以避
免波浪的沖擊。測(cè)量時(shí)將水下光學(xué)^SM申到海面以下。這種可升^a要求光機(jī)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)有嚴(yán)格的一致性，并且始終對(duì)準(zhǔn)光軸。當(dāng)遇到較大風(fēng)浪時(shí)，將導(dǎo)軌升起，即應(yīng)用船
上的吊剩每其吊起并放到甲敬上。可在2級(jí)海況下使用，3級(jí)海況下iB^文。


圖l:本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2:本發(fā)明的水下光學(xué)驢和升p^a的側(cè)視圖。
圖3:本發(fā)明的測(cè)，碼器結(jié)構(gòu)示意圖。
其中l(wèi).光源2.測(cè)fi^碼器3.升階連4.導(dǎo)軌5.反射鏡6.電機(jī) 7.^31器 8.基座9. CCD相機(jī)IO.計(jì)算機(jī)ll.船甲板12.海平面13.導(dǎo)軌架14.卡環(huán) 15.^i力卡環(huán)16.菲 彌透鏡 17.窗口玻璃18.顏色編碼片19.鏡筒20.升
如圖l，如圖3，本發(fā)明包括由光源1和測(cè)，碼器2組成且經(jīng)由光學(xué)窗口玻璃17 密封的水下光學(xué)裝置，由CCD相機(jī)9和計(jì)算機(jī)10組成的信息^f俞處理系統(tǒng)，其特征是它 還包括與水下光學(xué)^g連t妾的升P^S。
如圖l，如圖2，該升麟置固定在船舷的基座8上，導(dǎo)軌架13M兩個(gè)平行的、 位于船舷擋板上下緣的卡環(huán)14連接于基座8，卡環(huán)14可以打開和鎖緊，分別對(duì)應(yīng)導(dǎo)軌 架13的LB^文和工作狀態(tài)?；?采用電焊方式固定在船甲板11上。升囀連3固定在導(dǎo) 軌架13上，并Jil31電機(jī)6牽弓賠動(dòng)。導(dǎo)軌4焊接在導(dǎo)軌架13上。在導(dǎo)軌架13上端固
定有電機(jī)6和魏器7。上述導(dǎo)軌架13是方鋼結(jié)構(gòu)，抗彎力強(qiáng)，導(dǎo)軌4為精密滑軌；而 且在技術(shù)上應(yīng)該保證導(dǎo)軌4的導(dǎo)向精度、定位精度、精度保持性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和,性 要滿足3級(jí)海況的工作要求。
其中的測(cè)M碼器2有纟麟19兩端設(shè)有的玻璃窗口 17，菲涅爾邀竟16相鄰于上端 玻璃窗口17的下部，顏色編碼片18緊貼于下端玻璃窗口 17，顏色編碼片18位于菲涅 爾透鏡16的焦面上，光源l、顏色編碼片18、菲涅爾透鏡16在同一光軸上(以下稱之 為系統(tǒng)光軸)
選用短弧脈沖氤燈的光源1和測(cè)皿碼器2組成由光學(xué)窗口玻璃密封的水下光學(xué)裝 置，并M導(dǎo)軌架13上的螺栓固定在導(dǎo)軌4的底部，整魏置要求顏色編碼片18的安 裝面、菲涅爾透鏡16的安裝面和光學(xué)窗口玻璃的安裝面要保持嚴(yán)格平行，M菲涅爾透 鏡16的微調(diào)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，^^色編碼片18位于菲涅爾3tl竟16的焦平面上。反射鏡5安裝 在導(dǎo)軌架13的頂部，其角度可M:鏡子后方的活動(dòng)卡環(huán)15進(jìn)fiH周整和固定。Rl辨竟5 的位置使CCD相機(jī)9準(zhǔn)確接受海面彬JC下光學(xué)裝置照亮區(qū)域的影像，并實(shí)時(shí)傳入計(jì)^m 10。
上述CCD采用的SONY公司的DXC950P,通過變焦觀測(cè)視場(chǎng)大小發(fā)生變化，JiM菲 涅爾i^l竟16選用美國(guó)的Edmund Scientific公司的F43920，其參數(shù)為有效口徑628X 628mm，焦距767mm,亥訴曹數(shù)2條/mm;
本發(fā)明的毛細(xì)重力波的最小測(cè)量波長(zhǎng)即波的空間^f,率為0. 5咖。M設(shè)置編碼圖 像單元的尺寸范圍0-200mm，確定菲涅爾透鏡的焦距f=765ram及焦距最大誤差 (Af/f)隨二0.05，來提高斜率的測(cè)量精度±1°，擴(kuò);^見測(cè)面積為400mraX300咖。
4頓時(shí)，當(dāng)升卩^S在通電后，電機(jī)6帶動(dòng)^I箱7轉(zhuǎn)動(dòng)，^^力升囀連3工作，連 在導(dǎo)軌4上的測(cè)魏碼器2隨之升降，光學(xué)裝置下降到水下^S位置時(shí)，電機(jī)6停機(jī)； 給光源1通電，光源1均勻照明其上方的顏色編碼片18，經(jīng)二維編碼的各彩色光線菲涅 爾透鏡16均以平行光出射，再^^波浪折射后將垂直向上方的光線由設(shè)置在導(dǎo)軌架13 頂端反射鏡5蹈寸入CCD相機(jī)9，由CCD相機(jī)9傳入計(jì)敦;幾10進(jìn)行 處理。
權(quán)利要求
1、一種船用海面微結(jié)構(gòu)測(cè)量裝置，包括由光源(1)和測(cè)量編碼器(2)組成且經(jīng)由光學(xué)窗口玻璃(17)密封的水下光學(xué)裝置，由CCD相機(jī)(9)和計(jì)算機(jī)(10)組成的信息傳輸處理系統(tǒng)，其特征是它還包括與水下光學(xué)裝置連接的、另一端固定在船舷的基座(8)上的升降裝置(20)，所述的升降裝置(20)上的導(dǎo)軌(4)焊接并緊貼在導(dǎo)軌架(13)上，經(jīng)由導(dǎo)軌架(13)上部的電機(jī)(6)牽引設(shè)置在導(dǎo)軌架(13)兩端上的升降鏈(3)，導(dǎo)軌架(13)通過兩個(gè)平行卡環(huán)(14)連接于基座(8)，基座(8)垂直固定在船甲板(11)上。
2、 如權(quán)利要求l所述的船用海面微結(jié)構(gòu)測(cè)量裝置，其特征是測(cè)量編碼 器(2)，包括有鏡筒(19)與兩端設(shè)有的玻璃窗口 (17)，其內(nèi)的菲涅爾透 鏡(16)相鄰于上端玻璃窗口 (17)的下部，顏色編碼片(18)緊貼于下 端玻璃窗口 (17)上，顏色編碼片(18)位于菲涅爾透鏡(16)的焦面上， 光源(1)、顏色編碼片(18)、菲涅爾透鏡(16)在同一光軸上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種船用海面微結(jié)構(gòu)測(cè)量裝置，包括由光源與測(cè)量編碼器組成的水下光學(xué)裝置，由CCD相機(jī)和計(jì)算機(jī)組成的信息傳輸處理系統(tǒng)，其特征是還包括與水下光學(xué)裝置連接的升降裝置，該升降裝置的導(dǎo)軌焊接并緊貼在導(dǎo)軌架上，經(jīng)由導(dǎo)軌架上部的電機(jī)牽引設(shè)置在導(dǎo)軌架兩端上的升降鏈，導(dǎo)軌架通過兩個(gè)平行卡環(huán)連接于基座，基座垂直固定在船甲板上。測(cè)量編碼器包括有鏡筒兩端設(shè)有的玻璃窗口，菲涅爾透鏡相鄰于上端玻璃窗口的下部，顏色編碼片緊貼于下端玻璃窗口上，而且菲涅爾透鏡、顏色編碼片、菲涅爾透鏡在同一光軸上。本發(fā)明適用船只航行和作業(yè)兩種需要，能適時(shí)監(jiān)控大尺度海面坡度場(chǎng)，空間分辨率為0.5mm，斜率測(cè)量精度高達(dá)±1°。
文檔編號(hào)G01D5/26GK101169332SQ20071011414
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者丁永耀, 嚴(yán)為民, 軍 傅, 孫培光, 晟 官, 王巖峰, 琚小龍, 馬小兵 申請(qǐng)人:國(guó)家海洋局第一海洋研究所