專利名稱：一種冰體下行輻射測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種冰體下行輻射測量裝置及其測量方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)場研究太陽輻射在海冰中的分布，對于解釋能量收支、熱量在大氣-海冰-海洋中的分布、海冰內(nèi)部和下層的生物分布具有重要的作用。由于海冰是一種固體物質(zhì)，海冰的下行輻射的測量可首先在海冰上鉆取冰洞，然后將探頭放置于冰洞內(nèi)測量海冰的下行光場。測量中主要面臨的難點(diǎn)問題為下行光場的測量需要測量下行光的一個半球面，采用什么類型的光學(xué)探頭才可以接收一個半球面的光。目前，并沒有專用的商業(yè)儀器用于測量海冰下行輻射剖面，研究學(xué)者們測量海冰下行輻射剖面光譜時(shí)多采用自主研發(fā)的各類海冰下行輻射剖面測量裝置，并且其中大多數(shù)都是基于地物光譜儀改裝而成，并且針對本文上述的測量海冰下行輻射剖面光譜中面臨的難點(diǎn)問題，暫時(shí)還沒有一個完美的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是研制一種適用于測量固體物質(zhì)的冰體下行輻射測量裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下技術(shù)特征
本發(fā)明的目的是研制一種適用于測量固體物質(zhì)特別是冰體的下行輻射測量裝置?！N冰體下行輻射測量裝置，包括數(shù)據(jù)采集裝置、太陽下行輻射測量裝置、探頭裝置，支架裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置分別與所述太陽下行輻射測量裝置和探頭裝置連接，用于采集所述太陽下行輻射測量裝置和探頭裝置所測量的數(shù)據(jù)，所述探頭裝置用于測量冰洞內(nèi)光的下行輻射，所述支架裝置用于固定所述探頭裝置和太陽下行輻射測量裝置，太陽下行輻射測量裝置、探頭裝置是統(tǒng)一被支架裝置固定，太陽下行輻射測量裝置用于測量太陽的下行輻射Es，目的是為了在海冰下行輻射測量過程中，減弱因太陽下行輻射變化所帶來的影響，所述探頭裝置包括輻亮度探頭、光纖管和設(shè)置于輻亮度探頭前面的漫反射裝置，漫反射裝置用于將下行光場漫射到所述輻亮度探頭，所述光纖管用于連接所述輻亮度探頭和所述數(shù)據(jù)采集裝置。所述數(shù)據(jù)采集裝置為PC104工業(yè)式嵌入式電腦和訂制的光譜儀，采用耐低溫保護(hù)，結(jié)合所設(shè)計(jì)的軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集及儲存，或采用人工操作對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及存儲。所述太陽下行輻射測量裝置，包括用于測量太陽下行輻射的輻照度探頭和用于設(shè)定探頭垂直向下的第一支架。更進(jìn)一步，所述漫反射裝置包括漫反射白板和第二支架，所述輻亮度探頭通過所述第二支架與所述漫反射白板連接，所述第二支架用于固定所述漫反射白版。漫反射白板的大小要選取適當(dāng)，即當(dāng)漫反射白板過大時(shí)，將會導(dǎo)致所鉆取的冰洞過大，從而使得冰體內(nèi)
3的光場受到較大的破壞，當(dāng)漫反射白板較小時(shí)，將會導(dǎo)致較多的漫射光場無法被輻亮度探頭所接收，漫反射白板需要固定于探頭的正前方，且保證探頭垂直于白板，白板與探頭的距離設(shè)定需要考慮探頭的視場角不超過白板，否則會導(dǎo)致冰體內(nèi)的上行光場被探頭接收，從而導(dǎo)致較大的測量誤差。一般地，所選取的漫反射白板的大小、探頭和漫反射白板的距離這兩個參數(shù)應(yīng)保證下行輻射場天頂角至少從20度至90度內(nèi)的漫射光可被輻亮度探頭所接收。所述支架裝置包括設(shè)定探頭于冰洞內(nèi)不同位置的第三支架和套管，所述套管與所述探頭裝置相連接，所述光纖管裝載于所述套管內(nèi)，所述套管上設(shè)有第一和第二頂柱，用于固定所述光纖管，可保證冰體下行輻射測量裝置在支架內(nèi)上下滑動，同時(shí)支架也可以固定冰體下行輻射測量裝置。從而可設(shè)定下行測量探頭裝置于海冰內(nèi)一個特定的位置。為了減少測量儀器所帶來的干擾，所用的裝置要鍍成黑色。具體測量方法為，首先選取要測量的海冰，在冰體上鉆洞，所鉆的冰洞確保不能穿透海冰，冰洞的直徑要大于冰體下行輻射測量裝置的最大直徑，從而可保證冰體下行輻射測量裝置可放置于冰洞內(nèi)，將太陽下行輻射照度裝置安裝好用于測量太陽下行輻照度Es， 設(shè)定下行輻射探頭位置，確保的白板與冰洞口齊平，測量其下行光譜Fs (0)，其中太陽的下行輻照度&與？8的測量是同步的，從而可獲得相對冰體下行輻射Ds(O)= Fs(O)/ Es，當(dāng)測量完洞口的下行輻射后，根據(jù)太陽下行輻照度h按一定的步長間隔用下行輻射測量探頭測量冰體的下行輻射Fs (ζ)，其中ζ為海冰的深度，從而可獲得Ds (ζ)。每次測量的間隔，將塑料管放入冰洞底，抽干冰洞內(nèi)所滲透的海水，以避免浸沒效應(yīng)的影響。下行輻射衰減系數(shù)
K賴=λ為波長，2為海冰的深度，θ為散射角，
權(quán)利要求
1.一種冰體下行輻射測量裝置，包括數(shù)據(jù)采集裝置、太陽下行輻射測量裝置、探頭裝置，支架裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置分別與所述太陽下行輻射測量裝置和探頭裝置連接，用于采集所述太陽下行輻射測量裝置和探頭裝置所測量的數(shù)據(jù)，所述探頭裝置用于測量冰洞內(nèi)光的下行輻射，所述支架裝置用于固定所述探頭裝置和太陽下行輻射測量裝置，其特征在于，所述探頭裝置包括輻亮度探頭、光纖管和設(shè)置于輻亮度探頭前面的漫反射裝置，漫反射裝置用于將下行光場漫射到所述輻亮度探頭，所述光纖管用于連接所述輻亮度探頭和所述數(shù)據(jù)采集裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰體下行輻射測量裝置，其特征在于，所示數(shù)據(jù)采集裝置由計(jì)算機(jī)和光譜儀組成，所述光譜儀分別與所述太陽下行輻射測量裝置和探頭裝置連接，采集由所述太陽下行輻射測量裝置和探頭裝置傳送過來的光信息，經(jīng)處理后傳送到所述計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和存儲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的冰體下行輻射測量裝置，其特征在于，所示數(shù)據(jù)采集裝置采用預(yù)設(shè)計(jì)的軟件對數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動采集及存儲或采用人工操作對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及存儲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰體下行輻射測量裝置，其特征在于，所述太陽下行輻射測量裝置，包括輻照度探頭和用于固定所述輻照度探頭的第一支架，所述輻照度探頭與所述數(shù)據(jù)采集裝置連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰體下行輻射測量裝置，其特征在于，所述漫反射裝置包括漫反射白板和第二支架，所述輻亮度探頭通過所述第二支架與所述漫反射白板連接，所述第二支架用于固定所述漫反射白版。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰體下行輻射測量裝置，其特征在于，所述支架裝置包括第三支架和套管，所述套管與所述探頭裝置相連接，所述光纖管裝載于所述套管內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冰體下行輻射測量裝置，其特征在于，所述套管上設(shè)有第一和第二頂柱，用于固定所述光纖管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述冰體下行輻射測量裝置，其特征在于，所述探頭裝置及太陽下行輻射測量裝置均渡為黑色。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰體下行輻射測量裝置所實(shí)現(xiàn)的測量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟選取要測量的冰體，在冰體上鉆出冰洞，用所述太陽下行輻射測量裝置，測量太陽下行輻照度&，設(shè)定所述余弦接收器探頭與所述冰洞口平行，測量所述冰洞下行光譜Fs (0)，根據(jù)太陽下行輻照度h并按預(yù)設(shè)間隔向下調(diào)節(jié)測量冰體的上行輻射Fs (ζ)， 并傳送到所述數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行處理，其中太陽的下行輻照度&與冰體上行輻射Fs的測量同步經(jīng)行進(jìn)行，F(xiàn)s (ζ)中，ζ為冰體的深度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的冰體下行輻射測量裝置所實(shí)現(xiàn)的測量方法，其特征在于，所述處理方法為通過公式Ds(O)= Fs(O)/ fe獲得相對冰體上行輻射Du(0)，通過公式Ds (ζ) = Fs(z)/ fe獲得冰體上行輻射Ds(Z)，相對上行輻射場Drs(Z)= Ds(z)/ Ds(0)，上行輻射衰減系數(shù)
全文摘要
一種冰體下行輻射測量裝置，包括數(shù)據(jù)采集裝置、太陽下行輻射測量裝置、探頭裝置，支架裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置分別與所述太陽下行輻射測量裝置和探頭裝置連接，用于采集所述太陽下行輻射測量裝置和探頭裝置所測量的數(shù)據(jù)，所述探頭裝置用于測量冰洞內(nèi)光的下行輻射，所述支架裝置用于固定所述探頭裝置和太陽下行輻射測量裝置，所述探頭裝置包括輻亮度探頭、光纖管和用于將下行光場漫射到所述輻亮度探頭的漫反射裝置，所述光纖管用于連接所述輻亮度探頭和所述數(shù)據(jù)采集裝置，采用輻亮度探頭通過用漫反射白板將下行輻射場天頂角至少從20度至90度內(nèi)的漫射光可被輻亮度探頭所接收。
文檔編號G01J1/00GK102269621SQ20111012584
公開日2011年12月7日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者楊超宇, 楊躍忠, 林俊芳, 許占堂 申請人:中國科學(xué)院南海海洋研究所