專利名稱：水中懸沙測定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種現(xiàn)場測量水中懸沙含量的光電儀器，屬于水下測量儀器技術(shù)領(lǐng)域。
在海岸帶開發(fā)、港工建設(shè)、航道疏浚及海洋環(huán)境評價中，必須要掌握有關(guān)水域水中懸沙含量及其在時間和空間上的分布。以往，我國測量水中懸沙含量都采用取樣稱重法。取樣稱重法是在現(xiàn)場(如海上)分層定點采集一定量水樣，運回實驗室進行過濾、脫鹽、烘干、稱重，并根據(jù)稱重結(jié)果及水樣體積計算出懸沙含量，即懸沙濃度。
對于取樣稱重法，取樣的隨機性大，工序煩多，獲取測量數(shù)據(jù)周期長，受人為因素影響大，測量精度難以保證。而且，取樣稱重法無法在時間和空間上做到連續(xù)。特別是，對于某些懸沙，如粉煤灰、淤泥等，由于其懸浮時間短，沉降較快，幾乎難以用取樣稱重法測量出較準確結(jié)果。因此，海洋科研和工程技術(shù)部門特別需要一種現(xiàn)場測量水中懸沙含量的儀器。
本實用新型的目的是推出一種能現(xiàn)場連續(xù)實時測量水中懸沙含量的儀器。該儀器既能用船只拖曳進行表層連續(xù)測量，又能定點懸掛進行垂直連續(xù)測量，可以獲得水深40米以內(nèi)并在時間和空間上連續(xù)分布的水中懸沙含量，即水中懸沙濃度。
本實用新型所述水中懸沙測定儀是根據(jù)在懸沙濃度不同的水中光傳輸發(fā)生不同衰減的基本原理設(shè)計的。光在水中傳輸時，由于水介質(zhì)的散射和吸收，使光強度衰減。當一束平行光在宏觀均勻的水中傳輸時，其衰減遵循朗伯特定律(Lambert，Law)It＝Ioexp(－αL)α＝－ 1/(L) InIt／I。
式中，Io為光束出射處的輻射強度，L為光束通過的水程長度，It為光束通過L水程后輻射強度，α為水介質(zhì)的衰減系數(shù)。
水介質(zhì)的衰減包括水本身的衰減和水中懸沙粒子的衰減。試驗表明，相同粒徑分布的粒子濃度與衰減系數(shù)α和散射光強度Is有較好的線性關(guān)系。從上述定律公式可以看出衰減系數(shù)α的變化可以從通過L水程后光輻射強度It的變化得出。該水下懸沙測定儀分別測出通過固定水程L后光輻射強度It和前向散射光強度Is來確定水下懸沙濃度。
水中懸沙測定儀由水下測量探頭、水上控制顯示器及其連接電纜組成。
水下測量探頭外殼為圓柱體流線型，尾部加裝十字形尾舵，見

圖1。水下測量探頭內(nèi)部有光發(fā)射器、光接收器和測量區(qū)域三部分，見圖2。光發(fā)射器在水下測量探頭的前部，包括光源和平行光系統(tǒng)。光源采用普通燈泡；平行光系統(tǒng)由透鏡組構(gòu)成，使光源發(fā)出的光成為平行光束。平行光束通過測量區(qū)域進入接收器。測量區(qū)域為盛水容器，位于光發(fā)射器和光接收器之間，分別由水密玻璃與光發(fā)射器和光接收器相連，既保證光束通過又不漏水。通過測量區(qū)域的光產(chǎn)生衰減(散射和吸收)。光接收器在水下測量探頭的后部，主要由接受透鏡和二塊硅光電池組成。一塊大的硅光電池呈中空圓環(huán)狀，接收前向散射光Is；一塊小的硅光電池放在中央，接收透射光It。光發(fā)射器和接收器為同心一體化框架結(jié)構(gòu)，確保光軸的同心度要求。測量水(如海水)從水下測量探頭前端進入，經(jīng)光發(fā)射器外側(cè)(光發(fā)射器密封殼與水下測量探頭外殼之間腔體)進入測量區(qū)域，再經(jīng)光接收器外側(cè)(光接收器密封殼與水下測量探頭外殼之間腔體)，從水下測量探頭尾部流出。水下測量探頭內(nèi)的腔體有在上下不同位置設(shè)置的進出水口，使進入水下測量探頭腔體內(nèi)的水及時變換，并且在腔體內(nèi)螺旋進出以消除背景光進入。測量區(qū)域機殼上端開設(shè)一直角彎道出氣孔，能及時將進入水下測量探頭水中的氣泡排出。水下測量探頭上部機殼外有二個吊環(huán)，用以由鋼纜懸掛測量探頭。水下測量探頭下部機殼外有懸掛重錘的吊環(huán)。
光發(fā)射器和光接收器由七芯電纜與水上控制顯示器相連。電纜與水下測量探頭相接的輸入、輸出插件均采用“O”形圈密封方式。
水上控制顯示器是將硅光電池轉(zhuǎn)換的散射光和透射光的電信號，經(jīng)適當放大、運算處理，由記錄顯示系統(tǒng)自動記錄和顯示測量結(jié)果。數(shù)據(jù)顯示可以有三種裝置①數(shù)字電壓表，顯示透射輸出和散射輸出表征的水中懸沙濃度；②雙筆X－Y記錄儀，連續(xù)自記水中懸沙濃度；③單板機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，現(xiàn)場實時采集測量數(shù)據(jù)，存入磁帶，并與計算機相連，便于數(shù)據(jù)保存和分析計算。
圖1為水下測量探頭外形示意圖。圖2為水下測量探頭結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖1和圖2的說明1－鋼纜，2、5－吊環(huán)，3－尾舵，4－重錘，6－探頭圓柱體，7－燈泡，8－透鏡組，9－水密玻璃，10－測量區(qū)域，11－接收透鏡，12－硅光電池(圓環(huán)狀)，13－硅光電池，14－進出水孔，15－隔熱玻璃，16－濾光片。
圖3為水上控制顯示裝置電路圖，說明如下Jx1、Jx2、Jx3為＋15v和－15v兩路直流穩(wěn)壓電源接線柱，k為雙刀電源開關(guān)，Jx1與k的第1腳相接，K的第2腳接七芯電纜插座Z的第2、5腳。Jx2為外接電源和控制顯示器公共接地端，并與Z的第1、4腳相連，這樣＋15v的電流可通過七芯電纜相應(yīng)芯線送入水下探頭內(nèi)作為燈泡電源。Jx3與K的第3腳相連。水下測量探頭內(nèi)光接收器的硅光電池產(chǎn)生的電信號經(jīng)七芯電纜中的兩芯送到Z的第6、7腳上。Z的第7腳通過輸入電阻R3與IC1的第4腳相連，Z的第6腳通過輸入電阻R4與IC1的第5腳相連。IC1為斬波穩(wěn)零運算放大器，型號為ICL7650。反饋電阻R5接IC1的第4、10腳，負載電阻R9兩端分別連接IC1的第10腳和接地。電阻R1、電容C1、二極管D1和電阻R2、電容C2、二極管D2分別將±15v電壓穩(wěn)壓到±6v，作為IC1的供電電源。R1的一端接K的第2腳，另一端與D1負極和C1的一端連在一起。R2的一端接K的第4腳，另一端與D2的正極和C2的一端連在一起。C1、D1、C2、D2的另一端均接地。＋6v通過電阻R6送到IC1的第11腳，－6v通過電阻R7送到IC1的第7腳。電容C3、C4相連后接IC1的第8腳，另一端分別連IC1的第1、2腳。IC1的輸出端第10腳經(jīng)電阻R11接IC2的第2腳。IC2為通用型運算放大器F007C。電位器W1的中心抽頭與其一端一起接地，另一端通過電阻R8與R1、C1、D2、R6的公共端相連。W1和R8組成分壓電路，兩者連接端通過電阻R10也接于IC2的第2腳。IC2的第3腳接電阻R12到地，第2、6腳接反饋電阻R13，第1、5腳接調(diào)零電位器W2兩端。W2的中心抽頭接IC2的第4腳和K的第4腳。IC2的第7腳接K的第2腳，輸出端第6腳接電阻R14到地，同時接R15和直流數(shù)字電壓表V到地。R14為負載電阻，R15為限流電阻。V用于顯示IC2的輸出電壓，即本儀器的測量結(jié)果。V的兩端并聯(lián)兩芯插孔ZK，便于與其他記錄器如X－Y記錄儀等相連，以便連續(xù)自記水中懸沙含量。
權(quán)利要求1.一種測量水中懸沙含量的儀器，其特征在于由以下幾部分組成-水下測量探頭，內(nèi)部有光發(fā)射器、光接收器和兩者之間由盛水容器構(gòu)成的測量區(qū)域；-水上控制顯示裝置，包括信號放大、運算電路和數(shù)字顯示儀表；-連接水下測量探頭和水上控制顯示裝置的七芯電纜。
2.按權(quán)利要求1所述的水下測量探頭，其特征在于外殼為流線型圓柱體，并裝一十字形尾舵。
3.按權(quán)利要求1所述的水下測量探頭，其特征在于探頭內(nèi)的發(fā)射器和光接收器為同心一體化框架結(jié)構(gòu)。
4.按權(quán)利要求1所述的水下測量探頭，其特征在于探頭內(nèi)的測量區(qū)域與光發(fā)射器和光接收器均以水密玻璃相接。
5.按權(quán)利要求1所述的水下測量探頭，其特征在于光接收器有二塊硅光電池，一塊呈中空圓環(huán)狀，另一塊位于中空中心。
6.按權(quán)利要求1所述的連接水下測量探頭和水上控制顯示裝置的七芯電纜，其特征在于電纜與水下測量探頭相接的輸入、輸出插件均采用“O”形圈密封方式。
專利摘要本實用新型是一種現(xiàn)場測量水中懸沙含量的光電儀器。儀器由水下測量探頭和水上控制顯示裝置及其連接電纜構(gòu)成。水下測量探頭包括光發(fā)射器和光接收器，測量通過固定水程光的散射和透射，來確定水中懸沙含量。測量結(jié)果由儀表數(shù)字顯示或者連續(xù)自記。儀器既能用船只拖曳進行表層連續(xù)測量，又能定點懸掛進行垂直連續(xù)測量，可以獲得水深40米以內(nèi)并在時間上和空間上連續(xù)分布的水中懸沙含量。
文檔編號G01N21/59GK2060548SQ89213630
公開日1990年8月15日 申請日期1989年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月6日
發(fā)明者朱儒弟, 胡福辰, 孫培光, 劉洪智, 丁立淑, 姜太良 申請人:國家海洋局第一海洋研究所