專利名稱：水中激光測沙儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量儀器，特別是涉及測量海水中低濃度懸浮沙顆粒分 布和濃度的現(xiàn)場測量儀器。
背景技術(shù)：
泥沙運動對全球環(huán)境和水與營養(yǎng)物的循環(huán)有重要影響，泥沙治理是 河流與土地治理的關(guān)鍵，也是近海海洋環(huán)境治理的重要內(nèi)容。泥沙治理 需要現(xiàn)場測量的泥沙資料，為此，水中現(xiàn)場泥沙測量儀器得到進(jìn)一步重 視。
現(xiàn)有技術(shù)的水中現(xiàn)場泥沙測量儀器，進(jìn)行現(xiàn)場泥沙測量發(fā)揮了作用。 但是，現(xiàn)有技術(shù)的水中現(xiàn)場泥沙測量儀器都存在一定問題，使現(xiàn)場泥沙 測量效果受到限制。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)的"CN1645097A水中懸沙圖像儀"測量原理圖。圖 1所示的水中懸沙圖像儀采用LED光源1，光源發(fā)出的光束2照亮動片3 和定片5之間被測水體中的一薄層海水4，通過連接有顯微光學(xué)系統(tǒng)6的 CCD相機(jī)7成像，得到放大后的薄層海水4中懸沙顆粒數(shù)字圖像，并存 在CCD相機(jī)中。儀器回收后，用計算機(jī)將該數(shù)字圖像回放，用專門的分 析軟件分析數(shù)字圖像的大小和數(shù)量，獲得海水中懸浮泥沙顆粒的大小和 濃度。
"CN1645097A水中懸沙圖像儀"測量結(jié)果明確、真實，但由于顯微 鏡視場很小(lmm2),被測量的海水體積為1X0. 1(mm3)，為了增加測量 范圍，只能通過多次拍照，將多幅圖像進(jìn)行統(tǒng)計處理。因此，存在統(tǒng)計 處理的多幅圖像不是同時拍攝的問題。
美國SEQUOIA公司的LISST-100型激光粒度儀，是一種可用于現(xiàn)場 懸浮泥沙顆粒測量的激光儀器。所采用的原理是測量散射光強分布并利 用弗朗和費衍射理論計算顆粒的方法。其主要結(jié)構(gòu)組成見圖2。
如圖2所示，當(dāng)分散在海水中懸沙顆粒9受到半導(dǎo)體激光器8發(fā)出 激光的照射時，就產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，通過富氏透鏡10后的衍射光11，在 富氏透鏡10的焦平面上形成"靶芯〃狀的衍射光環(huán)，衍射光環(huán)的半徑與懸
3浮泥沙顆粒的大小有關(guān)，衍射光環(huán)的光強度與相關(guān)粒徑顆粒的多少有關(guān)，
通過放置在焦平面上的環(huán)型光電接收器陣列12接收到激光對不同粒徑 顆粒的衍射信號。將環(huán)形光電接收器陣列12上接收到的信號傳輸給計算 機(jī)，再用夫朗和費衍射理論對這些信號進(jìn)行處理，就可以得到懸浮泥沙 的粒度分布。
LISST-100型激光粒度儀測量水體較大，但是，存在以下主要問題 1、雜散光很容易透過密封窗口進(jìn)入光電接收器形成光噪聲，影響測量精 度；2、為了改變測量范圍，必須更換不同焦距的富氏透鏡，給測量增加 不便。
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的水中現(xiàn)場泥沙測量儀器存在的問題，在對"水 中激光粒度儀"結(jié)構(gòu)進(jìn)行重要改進(jìn)的基礎(chǔ)上，推出新的測量水中懸沙顆 粒的水中激光測沙儀，采用激光器照亮與海水連通的密封樣品池中的水 體以避免雜散光的影響，采用了自動變焦富氏透鏡解決富氏透鏡更換問 題，達(dá)到水中懸沙顆?，F(xiàn)場測量的更好效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述的水中激光測沙儀由水下機(jī)和水上計算機(jī)兩部分組成。 水下機(jī)為圓柱型結(jié)構(gòu)，包括中部設(shè)置安裝蓋并形成上下兩部分的機(jī)
體和插入機(jī)體的上下兩個圓柱套筒機(jī)殼。
安裝蓋內(nèi)固定有樣品池和自動變焦富氏透鏡。安裝蓋上有通水孔與
樣品池連通，海水可通過通水孔在樣品池中流動。樣品池上下兩側(cè)壁為
透明窗口。
上部機(jī)體頂部設(shè)置端蓋，端蓋固定在上固定板上，端蓋上設(shè)置插座。 上固定板固定在安裝蓋上方的支撐架上，支撐架上設(shè)置激光器和電池盒， 激光器與固定板固定連接一起。 .
下部機(jī)體底部設(shè)置下固定板，下固定板固定在安裝蓋下方的安裝架 上，下固定板上方設(shè)置調(diào)整架，調(diào)整架上固定環(huán)形光電接收器，光電接 收測器與下固定板上的電路板連接在一起。利用調(diào)整架可對光電接收器 的方位角、俯仰角進(jìn)行調(diào)整。
下部機(jī)體內(nèi)的電路板與上部機(jī)體端蓋上的插座連接，插座為六芯水 密插座。水下機(jī)通過帶有水密插頭的專用數(shù)字信號連接線與水上計算機(jī) 連接。
水中激光測沙儀吊放水中使用。激光器在控制電路的定時自動控制下發(fā)光，激光器發(fā)出的光照亮與海水連通的密封樣品池中的水體，被測 水體中的懸沙顆粒產(chǎn)生的散射光透過自動變焦富氏透鏡，聚焦在位于富 氏透鏡后焦面上的環(huán)形光電接收器上，光電接收器輸出的光電信號送入
電路板，經(jīng)電路放大、A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量存儲在存儲器內(nèi)，再通過帶 有水密插頭的數(shù)字信號連接線傳送給水上計算機(jī)，經(jīng)過處理得到現(xiàn)場海 水中的懸浮泥沙顆粒粒徑分布和濃度資料。
儀器設(shè)定為每三個小時工作一次，當(dāng)需要加密測量時，可通過水密 插座，送入一個TTL觸發(fā)脈沖，即可加密一次。六芯水密插座，兩芯接 加密控制線，另外四芯用于讀取數(shù)字信號。
本發(fā)明所涉及的水中激光測沙儀，由激光器照亮與海水連通的密封 樣品池水體，克服了雜散光對懸沙顆粒散射光的影響，并利用適宜不同 測量范圍的自動變焦富氏透鏡，提供海水中懸浮泥沙顆粒大小和濃度的 更好測量效果。


圖1為CN1645097A水中懸沙圖像儀測量原理圖。 圖2為LISST-100型激光粒度儀結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為水中激光測沙儀水下機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中標(biāo)記說明-
1、 LED光源2、光束
3、動片4、薄層海水
5、定片6、顯微光學(xué)系統(tǒng)
7、 CCD相機(jī)8、半導(dǎo)體激光器
9、懸沙顆粒10、富氏透鏡
11、衍射光12、環(huán)形光電接收器
13、水密插座14、端蓋
15、上固定板16、支撐架
17、激光器18、電池盒
19、上部機(jī)體20、樣品池
21、富氏透鏡22、通水孑L
23、安裝蓋24、安裝架
25、下部機(jī)體26、光電接收器
27、調(diào)整架28、下固定板29、電路板
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
予以描述。圖3為水中激光測 沙儀水下機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖3所示，本發(fā)明所述的水中激光測沙儀由水下機(jī)和水上計算機(jī) 兩部分組成。水下機(jī)為圓柱型結(jié)構(gòu)，包括上部機(jī)體19和下部機(jī)體25。 上部機(jī)體19和下部機(jī)體25連接處為安裝蓋23，上部機(jī)體19和下部機(jī) 體25插入上下兩個圓柱套筒機(jī)殼。安裝蓋23內(nèi)固定有樣品池20和自動 變焦富氏透鏡21。安裝蓋23上有通水孔22與樣品池20連通，樣品池 20上下兩側(cè)壁為透明窗口。
上部機(jī)體19頂部設(shè)置端蓋14，端蓋14固定在上固定板15上，端 蓋14設(shè)置水密插座13。上固定板15固定在安裝蓋23上方的支撐架16 上，支撐架16上設(shè)置激光器17和電池盒18，激光器17與上固定板15 固定連接一起。
下部機(jī)體25底部設(shè)置下固定板28，下固定板28固定在安裝蓋23 下方的安裝架24上，下固定板28上方設(shè)置調(diào)整架27，調(diào)整架27上固 定光電接收器26，光電接收器26與下固定板28上的電路板29連接在一起。
下部機(jī)體25內(nèi)的電路板29與上部機(jī)體19端蓋14上的水密插座13 連接，水密插座為六芯水密插座。水下機(jī)通過帶有水密插頭的專用數(shù)字 信號連接線與水上計算機(jī)連接。
權(quán)利要求
1、一種水中激光測沙儀，由水下機(jī)和水上計算機(jī)兩部分組成，其特征在于水下機(jī)為圓柱型結(jié)構(gòu)，包括中部設(shè)置安裝蓋并形成上下兩部分的機(jī)體和插入機(jī)體的上下兩個圓柱套筒機(jī)殼；安裝蓋內(nèi)固定有樣品池和自動變焦富氏透鏡，樣品池上下兩側(cè)壁為透明窗口；上部機(jī)體內(nèi)的支撐架上設(shè)置激光器和電池盒；下部機(jī)體底部的調(diào)整架上固定光電接收器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水中激光測沙儀，其特征在于安裝蓋上 有通水孔與樣品池連通，海水可通過通水孔在樣品池中流動。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水中激光測沙儀，其特征在于端蓋上設(shè) 置水密插座。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水中激光測沙儀，其特征在于下部機(jī)體 底部設(shè)置下固定板，下固定板固定在安裝蓋下方的安裝架上，固定光電 接收器的調(diào)整架設(shè)置在下固定板上方。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的水中激光測沙儀，其特征在于固定在調(diào) 整架上的光電接收器與下固定板上的電路板連接在一起。
全文摘要
本發(fā)明公開的水中激光測沙儀由水下機(jī)和水上計算機(jī)兩部分組成，用于現(xiàn)場測量海水中的懸浮泥沙顆粒粒徑分布和濃度。水下機(jī)中的激光器在控制電路的定時自動控制下發(fā)光，激光器照亮與海水連通的密封樣品池中的水體，被測水體中的懸沙顆粒產(chǎn)生的散射光透過自動變焦富氏透鏡，聚焦在位于富氏透鏡后焦面上的環(huán)形光電接收器上，光電接收器輸出的光電信號送入電路板，經(jīng)電路放大、A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量存儲在存儲器內(nèi)，再通過帶有水密插頭的數(shù)字信號連接線傳送給水上計算機(jī)，經(jīng)過處理得到海水中懸浮泥沙顆粒的大小和濃度資料。本發(fā)明所涉及的水中激光測沙儀，克服了雜散光對懸沙顆粒散射光的影響，并利用適宜不同測量范圍的自動變焦富氏透鏡，獲得更好的測量效果。
文檔編號G01N15/06GK101520398SQ20091006837
公開日2009年9月2日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者于連生, 劉啟海, 唐宏寰, 宋家駒 申請人:國家海洋技術(shù)中心