專利名稱：一種冰層上下面高光譜輻射觀測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋、湖泊冰面測量領(lǐng)域，特別涉及一種用于現(xiàn)場測量冰面與冰下可
見光高光譜光輻射分布，從而得到冰面反射率和冰層透過率的冰層上下面高光譜輻射觀測 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
海冰是地球氣候系統(tǒng)中一個關(guān)鍵的要素，對大規(guī)模的海冰進行模擬，結(jié)果顯示海 冰不僅對氣候的變化具有很強的敏感性，同時它也是促使氣候產(chǎn)生變化的因素之一。氣溫 的變化會引起海冰表面特性與厚度的變化，從而在區(qū)域上影響著大氣與海洋的能量、濕度 和動力的交換。短波輻射是冰蓋與太陽進行能量交換的主要波段，因此了解太陽短波輻射 與海冰的相互作用，冰蓋物理特性變化對氣候變化潛在的放大作用是非常有意義的。另外， 冰蓋所透過的紫外與可見光的組分對海冰下層初級生產(chǎn)力和生物活性也具有很大的影響， 所以，為了研究全球的氣候變化和極地區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)，需要了解紫外光波段、可見光波段 和近紅外波段在海冰中的分布。 為了研究海冰的光學(xué)特性，目前國內(nèi)還沒有相關(guān)的用于測量海冰光學(xué)特性儀器的 報道。而國外已經(jīng)有許多學(xué)者研制了儀器用于海冰反照率、透過率、衰減系數(shù)、吸收特性、散 射特性和雙向反射分布函數(shù)等光學(xué)特性的研究。如1981年，Grenfell報道了研制的用監(jiān)測 海冰反照率的掃描光度計，該光度計可測量400 2400nm的光照度。1994年P(guān)erovich研 制了測量雙向反射分布的儀器，波長范圍為400 1000nm。 1998年P(guān)erovich研制了測量 海冰斯托克斯向量的儀器，波長范圍為400 1000nm， 1999年，Scott等研制了用于測量海 冰垂直剖面的光譜輻亮度，波段范圍為430 680nm。 2004年Jens Ehn等運用Li-1800UW 光譜輻射計搭載一個水密探頭，然后將探頭裝在一個漂浮物上放到待測量的海冰下面，用 于測量海冰的透過率，光譜輻射計的波長范圍為300 1100nm，波長分辨率為6nm。然而， 以上儀器均存在著一個共同的缺點，即儀器是單通道的，在測量海冰各個參量的過程中，天 空入射光的變化會對測量結(jié)果帶來很大的誤差。 現(xiàn)有大部分光學(xué)輻射量測量設(shè)備是基于陸地上或?qū)嶒炇叶O(shè)計的。 一般光學(xué)設(shè) 備只有一路探頭，同時配合使用已知反射率a。(入)標準白板或灰板進行物體表面光學(xué)輻 射量測量。如測得物體表面光學(xué)量E(A) = a(A)*Es(A)，和標準白板光學(xué)量E。 ( A )=
a。(入)'Es(入);得物體物體表面反射率《(1) = :^7^ 0;。(;1)。在野外工作時以太陽光
ES(A)作為光源，由于太陽光隨時在變化，從而會引起測量誤差。同時陸用光學(xué)設(shè)備不具備 水下測量EJ A )所需要的水密功能，此時冰或水的透過率r。U) — ^^—不適用測量水下
或冰下光輻射。針對以上缺點和應(yīng)用地方的特殊性，如在低溫且具有腐蝕強的惡劣環(huán)境的 海冰上，需要解決關(guān)鍵技術(shù)問題和發(fā)展新的技術(shù)，以便現(xiàn)場實際使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種能適用于野外特別在冰凍環(huán)境 下，可以同步測量多點高光譜輻射的現(xiàn)場觀測技術(shù)，即對測量包括太陽光Es(A)、冰(或 水)面反射光E(A)或冰(或水)下投射光EJA)接長時間進行光學(xué)輻射測量觀測，從而 得到測量目標物透過率、反射率、雙向反照率，同時也兼可使用傳統(tǒng)方法標準白板對比使用 的冰層上下面高光譜輻射觀測系統(tǒng)。 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明包括如下技術(shù)特征一種冰層上下面高光譜輻射
觀測系統(tǒng)，包括光學(xué)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和探頭支架；所述光學(xué)系統(tǒng)包括光譜儀、光纖和傳感器
探頭；光譜儀與控制系統(tǒng)連接，光譜儀通過光纖與傳感器探頭連接， 所述探頭支架包括垂直太陽光支架、冰下支架和雙向反照率支架； 所述垂直太陽光支架設(shè)有垂直水平方向向上的傳感器探頭； 所述冰下支架包括受力固定架、連接橫桿和"L"形支桿；所述"L"形支桿包括橫桿 與豎桿，橫桿與豎桿可為0度到90度活動連接且為90度時橫桿與豎桿呈"L"形；橫桿遠離 豎桿的一端設(shè)有傳感器探頭；所述受力固定架與連接橫桿的一端連接，連接橫桿的另一端 通過箍環(huán)與"L"形支桿的豎桿連接，通過控制箍環(huán)的松緊能調(diào)整"L"形支桿在垂直方向的 位置。 所述雙向反照率支架包括垂直豎立的半圓拱形軌道和儀器架；所述儀器架沿著半 圓拱形軌道滑動和固定，儀器架上設(shè)有兩個傳感器探頭，每個傳感器探頭的光軸與水平線 夾角相等，并且光軸方向向下的傳感器探頭指向半圓拱形軌道圓心。 本發(fā)明通過在垂直太陽光支架、冰下支架和雙向反照率支架同時設(shè)置光學(xué)測量傳 感器探頭，實現(xiàn)最大程度的多通道同時測量，從而避免了因天空入射光變化所帶來的誤差。 在測量海冰透過率時，采用"L"形支架替代了 Jens Ehn用漂浮物搭載光學(xué)探頭置于海冰底 層。解決了現(xiàn)有技術(shù)中為了放置探頭于海冰底層，需要在冰面上開鑿直徑大于漂浮物直徑 的冰洞，導(dǎo)致大量的雜散光從冰洞進入的缺點。而且"L"形支架鑿冰直徑只需15cm左右， 對于較厚的海冰減少了開鑿的難度。又由于采用雙向反照率支架測量雙向反射率，將探測 器再安裝在一個半圓的拱形支架上，這個拱形支架可以圍繞底部轉(zhuǎn)動以便對不同太陽方位 角和不同天頂角下反射輻亮度進行測量。上述儀器可以長時間同時工作，同步測量，儀器穩(wěn) 定性高，數(shù)據(jù)準確。 為了保證垂直太陽光支架上傳感器探頭垂直向上，所述垂直太陽光支架包括為 "T"形的底座，支撐架通過卡扣與底座活動連接，這樣可以根據(jù)測量現(xiàn)場的情況方便調(diào)整傳 感器探頭角度。 更進一步的，為了方便測量冰層下的光學(xué)數(shù)據(jù)，適應(yīng)具體環(huán)境下冰層多樣性的要 求，所述"L"形支桿的橫桿和豎桿為長度可延長的剛性桿；橫桿和豎桿的收放時通過如下 方式實現(xiàn)的橫桿在重力下與豎桿為"L"形垂直，所述豎桿和橫桿的端部設(shè)有拉點，通過拉 點上設(shè)置的繩子可以拉回橫桿。橫桿和豎桿放入冰層時是收攏的，當(dāng)放到一定深度后，橫桿 在重力作用下張開，與豎桿呈"L"形垂直，測量結(jié)束后，拉繩子將橫桿收攏，然后取出冰面。 上述測量過程中對冰層開孔較小，克服了導(dǎo)致大量的雜散光可能從冰洞進入的缺點。
所述豎桿和橫桿上設(shè)有固定光纖的卡環(huán)，所述豎桿的頂端設(shè)有大于箍環(huán)的安全 頭?？ōh(huán)用于固定連接在光譜儀和傳感器探頭之間的光纖，安全頭是為了防止松開箍環(huán)時"L"形支桿墜入海冰下。 更進一步的，所述雙向反照率支架的儀器架包括互相配合的滑動蝸桿、上轉(zhuǎn)動渦輪和下轉(zhuǎn)動渦輪；上轉(zhuǎn)動渦輪和下轉(zhuǎn)動渦輪相同并各分別設(shè)置在滑動蝸桿的上、下位置，上轉(zhuǎn)動渦輪連接有上臂，下轉(zhuǎn)動連接有下臂；調(diào)整上臂能使得上轉(zhuǎn)動渦輪、滑動蝸桿和下轉(zhuǎn)動渦輪配合動作，并且當(dāng)滑動蝸桿水平時，上臂和下臂與水平線夾角相等；上臂上設(shè)有傳感器探頭；下臂上設(shè)有傳感器探頭和電子羅盤，下臂通過滑軌與半圓拱形軌道連接，下臂指向半圓拱形軌道的圓心。所述雙向反照率支架還包括地面圓形軌道，所述半圓形軌道的兩個底端設(shè)有"n"形槽，所述"n"形槽與地面圓形軌道緊密配合，使得半圓形軌道能沿地面圓形軌道滑動。所述地面圓形軌道和半圓拱形軌道由若干圓弧拼接而成，所述滑動蝸桿上設(shè)有水平氣泡儀，所述地面圓形軌道和半圓拱形軌道上設(shè)有角度刻度。使用雙向反照率支架測量雙向反射率時，把輻照度探頭換成輻亮度探測頭，用于探測10°視場角的雙向反射性的測量。這個探測器再安裝在一個半圓的拱形支架上，這個拱形支架可以圍繞底部轉(zhuǎn)動以便對不同太陽方位角和不同天頂角下的反射輻亮度進行測量。 在具體測量海冰的反照率、透過率和衰減系數(shù)時，所述傳感器探頭為用于測量天空下行輻照度的第一輻照度探頭、用于測量冰面反射輻照度的第二輻照度探頭和用于測量通過冰層的輻照度的第三輻照度探頭；第一輻照度探頭設(shè)于垂直太陽光支架上并且探頭垂直向上，第二輻照度探頭設(shè)于雙向反照率支架上，位于冰面上方，探頭方向垂直向下；所述第三輻照度探頭設(shè)于冰下支架，采取防水密封結(jié)構(gòu)并垂直于冰層，探頭方向向上并緊貼于冰層。 本發(fā)明通過三個通道對海冰的反照率與透過率進行同步測量的。第一個通道探頭垂直向上，測量EJA)天空下行輻照度。安裝第二個通道的輻照度探頭于半圓架上，垂直于所測冰面的正上方55cm處，探頭垂直向下，測量Eu(A)冰面反射輻照度。第三個通道的輻照度探頭安裝于一個"L"架上，首先在冰面上鉆取一個直徑為15cm的圓孔，然后將第三通道探頭放于所測量冰點的正下方，并且緊貼于冰的下層，用以測量透過海冰的輻照度Ed(入)。根據(jù)所測量的三個量，及海冰的厚度即可求出海冰的反照率、透過率和衰減系數(shù)。
本發(fā)明也可以用于測量冰面的雙向反射性的測量，在測量海冰雙向反射率時，把輻照度探頭換成輻亮度探測頭。即，所述傳感器探頭為用于測量冰面雙向反射率的第一輻亮度探測頭和第二輻亮度探頭；所述第一幅亮度探頭和第二幅亮度探頭設(shè)于雙向反照率支架的上臂和下臂。 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種能適用于野外特別在寒冷天氣下同步測量多點高光譜輻射的現(xiàn)場觀測技術(shù)，即對測量包括太陽光Es(A)、冰(或水)面反射光E(A)或冰(或水)下透射光EJA)進行長時間觀測，從而得到測量目標物透過率、反射率、雙向反照率的測量技術(shù)和方法，同時也兼可使用傳統(tǒng)方法標準白板對比法觀測。本發(fā)明的垂直太陽光支架、冰下支架和雙向反照率支架這些探頭支架設(shè)計，是專門針對海冰光學(xué)測量領(lǐng)域?qū)ｉT設(shè)計的，與現(xiàn)有技術(shù)相比能同時測量多個光學(xué)輻射量，整個系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，操作方便，數(shù)據(jù)準確、誤差小。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明垂直太陽光支架的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的冰下支架機構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明雙向反照率支架整體示意圖； 圖5為本發(fā)明雙向反照率支架的儀器架結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明包括光學(xué)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和探頭支架。所述光學(xué)系統(tǒng)包括光譜儀、光纖和傳感器探頭；光譜儀與控制系統(tǒng)連接，光譜儀通過光纖與傳感器探頭連接。傳感器探頭安裝在探頭支架的活頁夾口中，在測量需要用到不同傳感器時可以隨時更換，用于冰層下測量的傳感器探頭是通過帶有防水保護管的光纖連接的，用于防水防壓。光譜儀包括光纖接頭、準直鏡、聚焦鏡和衍射光柵和一維線性探測器陣列CCD光電傳感器，還附加深紫外增強鍍膜(DUV)來增強CCD探測器在紫外波段的響應(yīng)、靈敏度增強透鏡提高靈敏度以及專用UA光柵消二級衍射效應(yīng)鍍膜。所述控制裝置包括低功耗工控計算機、陣列CCD數(shù)據(jù)采集卡、控制板、保溫機箱、電池、寬溫觸摸液晶顯示屏；所述控制板包括多個溫度接收模塊、GPS電平轉(zhuǎn)換電路、電池電壓采樣器；所述低功耗工控計算機為嵌入式PC104CPU主板。所述數(shù)據(jù)采集卡為14位AD轉(zhuǎn)換卡的電子模塊，帶有USB和RS-232數(shù)據(jù)接口 。 本發(fā)明的探頭支架是針對野外，特別在寒冷天氣下能同步測量多點高光譜輻射的現(xiàn)場觀測而專門設(shè)計的，具有簡單高效、方便快捷的特點。探頭支架包括三個獨立可拆裝支架垂直太陽光支架1、冰下支架2和雙向反照率支架3。 圖2中為垂直太陽光支架l，包括"T"型底座18、19，支撐架16、橫桿13和活頁夾12 ;如圖所示，傳感器探頭11安裝在活頁夾12上，通過蝴蝶頭柄螺絲松緊。傳感器探頭11經(jīng)光纖15連接到儀器上。橫桿13的一端固定活頁夾12，其另一端通過螺絲14與支撐架16連接。支撐架16底端通過卡扣17固定在"T"型底座18、 19上。通過調(diào)整"T"型底座以及微調(diào)螺絲14、卡扣17保證光學(xué)傳感器探頭1垂直向上。 圖3為冰下支架2。包括受力固定架22、連接橫桿25和"L"形支桿；受力固定架22所固定的物體可以是放在地上的箱子或其他落地的物體，遠離"L"型支桿，避免光學(xué)干擾造成測量誤差。連接橫桿25為兩條橫桿，連接橫桿25 —端固定在受力體固定架22上，另一端裝有箍環(huán)24，可以通過蝴蝶頭柄螺絲23調(diào)整箍環(huán)圓圈大小，以便松緊箍環(huán)箍住的"L"形支桿，同時方便"L"型桿上下移動。"L"形支桿由豎桿28和橫桿212組成，橫桿212與豎桿28可為0度到90度活動連接，橫桿與豎桿為90度時橫桿與豎桿呈"L"形。豎桿28可以由多截桿通過剛性連接27加長長度，也可以是可以伸縮的剛性桿。橫桿212的一頭通過可轉(zhuǎn)動90度的活頁211與豎桿連接，測量時在重力作用下橫桿212與豎桿28成垂直夾角，即"L"形，回收或運輸時通過繩子26拉回橫桿的拉點29，使得橫桿與豎桿相平行。橫桿的一頭固定活頁夾214，光學(xué)傳感器探頭213安裝在活頁夾214上，通過蝴蝶頭柄螺絲松緊，方便裝取。光纖經(jīng)卡環(huán)210固定沿著"L"形桿拉出冰面接到光譜儀上，豎桿上帶有刻度尺，豎桿頂端旋套有比箍環(huán)內(nèi)直徑大的安全頭21，當(dāng)箍環(huán)松時，保證"L"型桿不會掉下。
圖4雙向反照率支架3。其由地面圓形軌道35、半圓拱形軌道33、儀器架4組成。為了野外作業(yè)運輸方便，地面圓形軌道35由六截圓弧組成，連接處為36，半圓拱形軌道33由三截弧形組成，連接處31。半圓拱形軌道33兩邊底座34顯"n"形，"n"形底座搭架在地面圓形軌道35上，使得半圓拱形軌道33與地面圓形軌道35配合，使半圓拱形軌道33能沿著地面圓形軌道35滑動。地面圓形軌道35標有角度刻度值。同樣，半圓拱形軌道33有角度刻度。儀器架4能在半圓拱形軌道33滑動和固定，軌道角度刻度能讀出儀器架傾斜度和方向。儀器架4上裝有兩個光學(xué)探頭，向下的探頭指向軌道圓心的地面。
圖5是放在拱形軌道上的儀器架4。目的是測量來自天上入射光和地面的反射光，達到兩探頭光軸與水平線夾角相等。為了在移動過程達到入射光與反射光與水平線夾角一致，設(shè)計采用滑動蝸桿46和兩個一樣的轉(zhuǎn)動渦輪(即上轉(zhuǎn)動渦輪44和下轉(zhuǎn)動渦輪48)傳動連接，上轉(zhuǎn)動渦輪44和下轉(zhuǎn)動渦輪48相同并各分別設(shè)置在滑動蝸桿的上、下位置，上轉(zhuǎn)動渦輪44與滑動蝸桿46配合動作，滑動蝸桿46與下轉(zhuǎn)動渦輪48配合動作，上轉(zhuǎn)動渦輪44連接上臂43，下轉(zhuǎn)動渦輪48連接下臂412，上臂43與滑動蝸桿46的夾角等于下臂412與滑動蝸桿46的夾角。當(dāng)在滑軌帶動下臂412移動到位固定之后，調(diào)整上臂43帶動帶動上轉(zhuǎn)動渦輪44，使得滑動蝸桿46在水平位置即可。 儀器主要兩個光學(xué)探頭41和414，分別用探頭固定夾具42固定在上臂43和下臂412上?；?9是儀器的一部分，與下臂412聯(lián)在一塊。它帶動儀器在拱形軌道上滑動，到位后用蝴蝶螺絲把儀器固定在拱形軌道上。反射光探頭414始終保持朝向拱形軌道的圓心，在臂412上裝有電子羅盤413，能精確測量探頭414朝向的方位角與雙向傾斜角。滑動蝸桿46上安裝有水平氣泡儀45，通過水平氣泡儀45可以判斷滑動蝸桿46是否水平。
本發(fā)明的工作原理是采用傳光光纖把探測頭收集的光輻射耦合到相應(yīng)的光譜儀完成光譜測量。根據(jù)觀測參數(shù)的需要，使用不同光收集器，其中一種測量反射率、透射率是三路分別測量入射光譜輻照度、反射光譜輻照度和透射光譜輻照度，另外一種是光譜輻亮度探測頭，用以測量光場分布和散射特性。 圖1為第一種是測量反射率、透射率時的發(fā)明系統(tǒng)圖。其中光譜反射率a (入)
定義為"(乂) ,'j^j即冰面上的上行輻照度與下行輻照度的比值。待測數(shù)據(jù)為冰面上
的上行輻照度Eu(A)與下行輻照度Ed(A)。所述光譜透過率T(A)表示為冰層底部測量
得到的透過輻照度與冰面表層入射輻照度的比值T(義)^^j^待測量數(shù)據(jù)為冰層底
部測得的下行輻照度Ed(A， h)與冰層表面測得的下行輻照度Ed(A，O)。所述光衰減系數(shù)(Kdsi(A))是指波長為A的光在垂直于入射光束的無限薄介質(zhì)內(nèi)的衰減率與該薄層
厚度之比UW-f inW-尺.)f^1^待測量數(shù)據(jù)為下行輻照度Ed(A ， h)、下行輻照度
Ed(A ，0)和厚度h。 測量冰層上的下行輻照度Ed(A)的為第一輻照度探頭、測量冰層上的上行輻照度，即冰面反射輻照度Eu(A)的為第二輻照度探頭、測量數(shù)據(jù)為冰層底部的下行輻照度Ed(A ， h)的為第三輻照度探頭(Ed(A ，0)的數(shù)據(jù)可以在第三輻照度探頭下水前測量，也可以利用第一輻照度探頭在冰面處測量)。第一輻照度探頭設(shè)于垂直太陽光支架1并且探頭垂直向上，第二輻照度探頭設(shè)于雙向反照率支架3上，垂直于冰面上方，探頭方向垂直向下；所述第三輻照度探頭設(shè)于冰下支架2，采取防水密封結(jié)構(gòu)并垂直于冰層下面，探頭方向向上并緊貼于冰層。根據(jù)所測量的三個量，及海冰的厚度即可求出海冰的反照率、透過率和衰減系數(shù)。 第二種是測量雙向反射率，將輻照度探頭換成光譜輻亮度探測頭。這個探測器再安裝在雙向反照率支架3上，光譜輻亮度探測頭可以圍繞底部轉(zhuǎn)動以便對不同太陽方位角和不同天頂角下的反射輻亮度進行測量。測量選取的探頭方位角有O度(探頭位于太陽入射面內(nèi)，正面向著太陽入射方向)、45度、90度、135度和180度，設(shè)置探頭天頂角有0度、20度、30度、40度、60度和80度。具體在實施中，在方位角0度的情況下，天頂角為0度、30度和60度所測量的雙向反射因子，雙向反射因子定義如下 Rf( e o， e ，小o，小，入)=ji dlir( e o， e ，小0，小，入)/dEs(入)
其中e為儀器探頭的天頂角，小為儀器探頭的方位角，e。為太陽的天頂角，小。為太陽的方位角，ije。， e，小。，小，入)為反射光的輻亮度，Es(入)為天空下行輻照度。
上述的光學(xué)傳感器探頭有輻亮度和輻照度兩種探頭。輻亮度探頭包括進光石英玻
璃窗口、探頭主體圓管和光纖出口 ；所述進光玻璃窗口通過密封結(jié)構(gòu)與探頭主體圓管的上管面密封結(jié)合；所述探頭主體圓管的內(nèi)孔設(shè)計有由大到小多個梯級孔徑；所述光纖出口包括設(shè)于探頭主體圓管下部的光纖接頭，所述光纖與光纖接頭連接后通過密封軟管接出。
所述輻照度探頭包括有余弦集光器；所述光纖出口包括光纖接頭、密封軟件管，光纖接頭連接的光纖通過密封軟件管接出。 本發(fā)明是專門用于海冰光學(xué)特性的測量，系統(tǒng)可實現(xiàn)三個通道的同時測量，從而避免了因天空光變化所帶來的誤差，解決了低溫工作的難題，儀器各個通道的積分時間可以根據(jù)外界環(huán)境的變化而自動調(diào)節(jié)，"L"型支架替代了漂浮物搭載光學(xué)探頭置于海冰底層，減小了雜散光的影響。通過現(xiàn)場對海冰反照率、透過率、衰減系數(shù)和雙向反射的測量，驗證了儀器所測量數(shù)據(jù)的可靠性。
權(quán)利要求
一種冰層上下面高光譜輻射觀測系統(tǒng)，包括光學(xué)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和探頭支架；所述光學(xué)系統(tǒng)包括光譜儀、光纖和傳感器探頭；光譜儀與控制系統(tǒng)連接，光譜儀通過光纖與傳感器探頭連接，其特征在于所述探頭支架包括垂直太陽光支架、冰下支架和雙向反照率支架；所述垂直太陽光支架設(shè)有垂直水平方向向上的傳感器探頭；所述冰下支架包括受力固定架、連接橫桿和“L”形支桿；所述“L”形支桿包括橫桿與豎桿，橫桿與豎桿可為0度到90度活動連接且為90度時橫桿與豎桿呈“L”形；橫桿遠離豎桿的一端設(shè)有傳感器探頭；所述受力固定架與連接橫桿的一端連接，連接橫桿的另一端通過箍環(huán)與“L”形支桿的豎桿連接，通過控制箍環(huán)的松緊能調(diào)整“L”形支桿在垂直方向的位置。所述雙向反照率支架包括垂直豎立的半圓拱形軌道和儀器架；所述儀器架沿著半圓拱形軌道滑動和固定，儀器架上設(shè)有兩個傳感器探頭，每個傳感器探頭的光軸與水平線夾角相等，并且光軸方向向下的傳感器探頭指向半圓拱形軌道圓心。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰層上下面高光譜輻射觀測系統(tǒng)，其特征在于所述垂直太 陽光支架包括為"T"形的底座，支撐架通過卡扣與底座活動連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰層上下面高光譜輻射觀測系統(tǒng)，其特征在于所述"L"形 支桿的橫桿和豎桿為長度可延長的剛性桿；橫桿在重力下與豎桿為"L"形垂 直，所述豎桿 和橫桿的端部設(shè)有拉點，通過拉點上設(shè)置的繩子可以拉回橫桿。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的冰層上下面高光譜輻射觀測系統(tǒng)，其特征在于所述豎桿和橫桿上設(shè)有固定光纖的卡環(huán)，所述豎桿的頂端設(shè)有大于箍環(huán)的安全頭。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰層上下面高光譜輻射觀測系統(tǒng)，其特征在于所述雙向反 照率支架的儀器架包括互相配合的滑動蝸桿、上轉(zhuǎn)動渦輪和下轉(zhuǎn)動渦輪；上轉(zhuǎn)動渦輪和下 轉(zhuǎn)動渦輪相同并各分別設(shè)置在滑動蝸桿的上、下位置，上轉(zhuǎn)動渦輪連接有上臂，下轉(zhuǎn)動連接 有下臂；調(diào)整上臂能使得上轉(zhuǎn)動渦輪、滑動蝸桿和下轉(zhuǎn)動渦輪配合動作，并且當(dāng)滑動蝸桿水 平時，上臂和下臂與水平線夾角相等；上臂上設(shè)有傳感器探頭；下臂上設(shè)有傳感器探頭和 電子羅盤，下臂通過滑軌與半圓形軌道連接，下臂指向半圓拱形軌道的圓心。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的冰層上下面高光譜輻射觀測系統(tǒng)，其特征在于所述雙向反 照率支架還包括地面圓形軌道，所述半圓拱形軌道的兩個底端設(shè)有"n"形槽，所述"n"形槽 與地面圓形軌道緊密配合，使得半圓拱形軌道能沿地面圓形軌道滑動。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的冰層上下面高光譜輻射觀測系統(tǒng)，其特征在于所述地面圓 形軌道和半圓拱形軌道由若干圓弧拼接而成，所述滑動蝸桿上設(shè)有水平氣泡儀，所述地面 圓形軌道和半圓拱形軌道上設(shè)有角度刻度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 7任一項所述的冰層上下面高光譜輻射觀測系統(tǒng)，其特征在于 所述傳感器探頭為用于測量天空下行輻照度的第一輻照度探頭、用于測量 冰面反射輻照度 的第二輻照度探頭和用于測量通過冰層的輻照度的第三輻照度探頭；第一輻照度探頭設(shè)于 垂直太陽光支架上并且探頭垂直向上，第二輻照度探頭設(shè)于雙向反照率支架上，位于冰面 上方，探頭方向垂直向下；所述第三輻照度探頭設(shè)于冰下支架，采取防水密封結(jié)構(gòu)并垂直于 冰層，探頭方向向上并緊貼于冰層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5 7任一項所述的冰層上下面高光譜輻射觀測系統(tǒng)，其特征在于 所述傳感器探頭為用于測量冰面雙向反射率的第一輻亮度探測頭和第二輻亮度探頭；所述第一幅亮度探頭和第二幅亮度探頭設(shè)于雙向反照率支架的上臂和下臂'
全文摘要
本發(fā)明為一種冰層上下面高光譜輻射觀測系統(tǒng)，包括光學(xué)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和探頭支架；所述光學(xué)系統(tǒng)包括光譜儀、光纖和傳感器探頭；光譜儀與控制系統(tǒng)連接，光譜儀通過光纖與傳感器探頭連接，所述探頭支架包括垂直太陽光支架、冰下支架和雙向反照率支架；本發(fā)明專門用于海冰光學(xué)特性的測量，系統(tǒng)可實現(xiàn)三個通道的同時測量，從而避免了因天空光變化所帶來的誤差，解決了低溫工作的難題。冰下支架為“L”形支架，替代了漂浮物搭載光學(xué)探頭置于海冰底層，減小了雜散光的影響。本發(fā)明通過現(xiàn)場對海冰反照率、透過率、衰減系數(shù)和雙向反射的測量，驗證了儀器所測量數(shù)據(jù)的可靠性。
文檔編號G01N21/25GK101694458SQ20091019313
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者盧桂新, 孫兆華, 曹文熙, 楊躍忠, 王桂芬 申請人:中國科學(xué)院南海海洋研究所;