光譜測量觀測智能支架的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種海面光譜測量的光譜測量儀的光纖探頭支架。
【背景技術(shù)】
[0002]光譜測量儀是將成分復(fù)雜的光分解為光譜線的科學(xué)儀器，由棱鏡或衍射光柵等構(gòu)成，利用光譜測量儀可測量物體表面反射的光線，從而測知物品中含有何種元素。這種技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于空氣污染、水污染、食品衛(wèi)生、金屬工業(yè)等的檢測中。
[0003]水體光譜特性的精確測量是水色遙感的基礎(chǔ)。目前較為有效的方法是水面之上測量法。水面之上測量法是采用便攜式光譜測量儀，如USB4000光譜測量儀可以響應(yīng)從200到IlOOnm的光譜范圍，通過配合海洋光學(xué)生產(chǎn)的各種光學(xué)平臺組件、光源和采樣光纖，可以為上千種吸收、反射和發(fā)射測量應(yīng)用搭建各具特色的系統(tǒng)。在經(jīng)過嚴(yán)格的定標(biāo)前提下，通過合理安排觀測幾何和設(shè)置測量積分時間，對水面反射輻亮度、天空光輻亮度、標(biāo)準(zhǔn)板反射輻亮度和/或下行輻照度進(jìn)行測量。
[0004]目前，水面之上光譜測量方法在測量光譜時，所采用的觀測支架大多只是一根水平桿，其一端安裝光譜測量儀光纖探頭，無法達(dá)到快速、精確地實現(xiàn)上述觀測幾何的要求。專利《一種水面上光譜測量的多角度觀測支架201210394376.6》，避免了觀測平臺自身陰影與反射對水面光場的影響。但是支架不能自動調(diào)節(jié)角度，避免海浪對測量的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種海面上光譜測量的光譜測量觀測智能支架，該觀測支架結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
光譜測量觀測智能支架，包括轉(zhuǎn)動支架、水平支架、固定支架三個支架。轉(zhuǎn)動支架、水平支架和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成轉(zhuǎn)動聯(lián)接，水平支架、固定支架和舵機(jī)三者構(gòu)成轉(zhuǎn)動聯(lián)接，攝像頭安裝在攝像頭支架上，攝像頭支架固定在固定支架上，光纖探頭被彈性夾子固定在轉(zhuǎn)動支架、水平支架和固定支架三個支架上，與光譜測量儀聯(lián)接；北斗芯片與控制器聯(lián)接，傾角傳感器固定在轉(zhuǎn)動支架上，采集光纖探頭與水平面的夾角，夾角偏離設(shè)定值時，控制器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動將光纖探頭調(diào)整為設(shè)定值并保持，攝像頭支架上的小孔投射太陽光斑到刻有方格坐標(biāo)的水平支架上，攝像頭將太陽光斑圖像采集到控制器，控制器根據(jù)支架幾何尺寸和北斗芯片采集的日期、時間、經(jīng)瑋度計算光斑目標(biāo)位置，控制舵機(jī)調(diào)整水平支架到目標(biāo)位置并保持。
[0007]光譜測量儀采集光譜數(shù)據(jù)時刻，控制器記錄光斑投射實際位置與目標(biāo)位置的偏差值，同時控制器記錄光纖探頭與水平面的夾角的測量值，為后期數(shù)據(jù)處理提供了減小光譜測量儀測量誤差的數(shù)據(jù)。
[0008]控制器設(shè)定為水面反射測量完成后，轉(zhuǎn)動支架自動改變角度進(jìn)行天空散射測量，水面反射測量和天空散射測量之間的轉(zhuǎn)換時間縮短，減少水面反射測量和天空散射測量時間之間的間隔。
[0009]本發(fā)明有益效果如下:
光譜測量儀采集光譜數(shù)據(jù)時刻，北斗芯片采集的日期、時間、經(jīng)瑋度，光譜數(shù)據(jù)對應(yīng)精確的采集點的日期、時間、經(jīng)瑋度；控制器控制光纖探頭與水平面的夾角，夾角偏離設(shè)定值時，控制器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動將光纖探頭調(diào)整為設(shè)定值并保持；控制器控制舵機(jī)調(diào)整水平支架到目標(biāo)位置并保持，提高光譜測量儀采集光譜數(shù)據(jù)的精度；光譜測量儀采集光譜數(shù)據(jù)時刻，控制器記錄光斑投射實際位置與目標(biāo)位置的偏差值，同時，控制器記錄光纖探頭與水平面的夾角的測量值，為后期數(shù)據(jù)處理提供了減小光譜測量儀測量誤差的數(shù)據(jù)；以實現(xiàn)在水面反射測量和天空散射測量之間的快速轉(zhuǎn)換，減少時間間隔。
[0010]【附圖說明】:
圖1是光譜測量觀測智能支架測量海面反射時的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是光譜測量觀測智能支架測量天空散射時的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是水平支架俯視圖
圖中，I光纖探頭，2彈性夾子，3轉(zhuǎn)動支架，4傾角傳感器，5步進(jìn)電機(jī)，6攝像頭，7攝像頭支架，8太陽光斑，9舵機(jī)，10水平支架，11固定支架，12彈性夾子，13彈性夾子，14光譜測量儀，15控制器，16北斗芯片。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明:
如圖1所示，光譜測量觀測智能支架，包括轉(zhuǎn)動支架3、水平支架10、固定支架11三個主要部件，轉(zhuǎn)動支架3、水平支架10和步進(jìn)電機(jī)5構(gòu)成轉(zhuǎn)動聯(lián)接，水平支架10、固定支架11和舵機(jī)9構(gòu)成轉(zhuǎn)動聯(lián)接，攝像頭6安裝在攝像頭支架7上，攝像頭支架7固定在固定支架11上，光纖探頭I被彈性夾子2、彈性夾子12、彈性夾子13固定在轉(zhuǎn)動支架3、水平支架10和固定支架11三個支架上，與光譜測量儀14聯(lián)接；北斗芯片16與控制器15聯(lián)接，傾角傳感器4固定在轉(zhuǎn)動支架3上，采集光纖探頭I與水平面的夾角，夾角偏離設(shè)定值時，控制器15控制步進(jìn)電機(jī)5轉(zhuǎn)動將光纖探頭I調(diào)整為設(shè)定值并保持，攝像頭支架7上的小孔投射太陽光斑8到刻有方格坐標(biāo)的水平支架10上，攝像頭6將太陽光斑8圖像采集到控制器15，控制器15根據(jù)水平支架10和固定支架11的幾何尺寸和北斗芯片16采集的日期、時間、經(jīng)瑋度計算太陽光斑8的目標(biāo)位置，控制器控制舵機(jī)調(diào)整水平支架10到目標(biāo)位置并保持。
[0012]光譜測量儀14采集光譜數(shù)據(jù)時刻，控制器15記錄太陽光斑8投射實際位置與目標(biāo)位置的偏差值，同時控制器15記錄光纖探頭I與水平面的夾角的測量值，為后期數(shù)據(jù)處理提供了減小光譜測量儀測量誤差的數(shù)據(jù)。
[0013]控制器15設(shè)定為水面反射測量(探頭朝下)完成后，如圖1所示，轉(zhuǎn)動支架自動改變角度進(jìn)行天空散射測量(探頭朝上)，如圖2所示，縮短水面反射測量和天空散射測量之間的轉(zhuǎn)換時間，減少水面反射測量和天空散射測量時間之間間隔。光譜測量觀測智能支架具有以下優(yōu)點，光譜測量儀14采集光譜數(shù)據(jù)時刻，北斗芯片16采集的日期、時間、經(jīng)瑋度，光譜數(shù)據(jù)對應(yīng)精確的采集點的日期、時間、經(jīng)瑋度；控制器15控制光纖探頭I與水平面的夾角，夾角偏離設(shè)定值時，控制器15控制步進(jìn)電機(jī)5轉(zhuǎn)動將光纖探頭I調(diào)整為設(shè)定值并保持；控制舵機(jī)9調(diào)整水平支架10到目標(biāo)位置并保持，提高光譜測量儀14采集光譜數(shù)據(jù)的精度；光譜測量儀14采集光譜數(shù)據(jù)時刻，控制器記錄太陽光斑8投射實際位置與目標(biāo)位置的偏差值，同時，控制器15記錄光纖探頭I與水平面的夾角的測量值，為后期數(shù)據(jù)處理提供了減小光譜測量儀測量誤差的數(shù)據(jù)；控制器15設(shè)定為水面反射測量(探頭朝下)完成后轉(zhuǎn)動支架自動改變角度進(jìn)行天空散射測量(探頭朝上)，縮短水面反射測量和天空散射測量之間的轉(zhuǎn)換時間，減少水面反射測量和天空散射測量時間之間間隔。
[0014]本發(fā)明工作過程如下:
I)選擇合適的觀測平臺的位置，選擇背向太陽方向的觀測水域，安裝固定光譜測量觀測智能支架，聯(lián)接USB4000光譜測量儀。
[0015]2)攝像頭支架上的小孔投射太陽光斑到刻有方格坐標(biāo)的水平支架上，攝像頭將太陽光斑圖像采集到控制器，控制器根據(jù)北斗芯片采集的日期、時間、經(jīng)瑋度和支架幾何尺寸計算光斑目標(biāo)位置，控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)整水平支架到目標(biāo)位置并保持。
[0016]3)彈性夾子固定光纖探頭在轉(zhuǎn)動支架上，轉(zhuǎn)動支架上的傾角傳感器檢測光纖探頭與水平面的夾角，夾角偏離設(shè)定值時，控制器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動將光纖探頭調(diào)整為設(shè)定值。
[0017]4)光譜測量儀14采集光譜數(shù)據(jù)時刻，控制器記錄太陽光斑8投射實際位置與目標(biāo)位置的偏差值，同時，控制器15記錄光纖探頭I與水平面的夾角的測量值，為后期數(shù)據(jù)處理提供了減小光譜測量儀測量誤差的數(shù)據(jù)。
[0018]5)控制器設(shè)定為水面反射測量(探頭朝下)完成后轉(zhuǎn)動支架自動改變角度進(jìn)行天空散射測量(探頭朝上)，縮短水面反射測量和天空散射測量之間的轉(zhuǎn)換時間，減少水面反射測量和天空散射測量時間之間間隔。
[0019]最后，本發(fā)明不限于以上【具體實施方式】，還可有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.光譜測量觀測智能支架，包括光纖探頭、彈性夾子、轉(zhuǎn)動支架、傾角傳感器、步進(jìn)電機(jī)、攝像頭、攝像頭支架、舵機(jī)、水平支架、固定支架、控制器、北斗芯片，其特征在于:彈性夾子固定光纖探頭在轉(zhuǎn)動支架上，傾角傳感器固定在轉(zhuǎn)動支架上，轉(zhuǎn)動支架與水平支架通過步進(jìn)電機(jī)聯(lián)接，水平支架與固定支架通過舵機(jī)聯(lián)接，攝像頭支架固定聯(lián)接在固定支架上，攝像頭安裝在攝像頭支架上，北斗芯片與控制器聯(lián)接，控制器控制步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)的轉(zhuǎn)動。
2.按照權(quán)利要求1所述的光譜測量觀測智能支架，其特征在于:彈性夾子固定光纖探頭在轉(zhuǎn)動支架上，轉(zhuǎn)動支架上的傾角傳感器檢測光纖探頭與水平面的夾角，夾角偏離設(shè)定值時，控制器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動將光纖探頭調(diào)整為設(shè)定值。
3.按照權(quán)利要求1所述的光譜測量觀測智能支架，其特征在于:攝像頭支架上的小孔投射太陽光斑到刻有方格坐標(biāo)的水平支架上，攝像頭將太陽光斑圖像采集到控制器，控制器根據(jù)北斗芯片采集的日期、時間、經(jīng)瑋度和支架幾何尺寸計算光斑目標(biāo)位置，控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)整水平支架到目標(biāo)位置并保持。
4.按照權(quán)利要求1所述的光譜測量觀測智能支架，其特征在于:光譜測量儀采集光譜數(shù)據(jù)時刻，控制器記錄光纖探頭與水平面的夾角。
5.按照權(quán)利要求1所述的光譜測量觀測智能支架，其特征在于:光譜測量儀采集光譜數(shù)據(jù)時刻，控制器記錄光斑投射實際位置與目標(biāo)位置的偏差。
6.按照權(quán)利要求1所述的光譜測量觀測智能支架，其特征在于:水面反射測量完成后，控制器控制轉(zhuǎn)動支架改變角度，進(jìn)入天空散射測量狀態(tài)。
【專利摘要】本發(fā)明屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光譜測量儀觀測海面的支架。光纖探頭背向太陽光方向安裝支架；攝像頭支架上的小孔投射太陽光斑到刻有方格坐標(biāo)的水平支架上，攝像頭將太陽光斑圖像采集到控制器；控制器根據(jù)北斗芯片采集的日期、時間、經(jīng)緯度和支架幾何尺寸計算光斑目標(biāo)位置；控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)整水平支架到目標(biāo)位置并保持。彈性夾子固定光纖探頭在轉(zhuǎn)動支架上，傾角傳感器檢測光纖探頭與水平面的夾角；角度偏離設(shè)定值時，控制器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動將光纖探頭調(diào)整為設(shè)定值。智能支架減少光纖探頭采集數(shù)據(jù)時的角度波動，提高了測量精度；準(zhǔn)確記錄了光纖探頭采集數(shù)據(jù)時的角度值，為后期數(shù)據(jù)處理提供了減小光譜測量儀測量誤差的條件。
【IPC分類】G01N21-25, G01J3-28
【公開號】CN104655277
【申請?zhí)枴緾N201510060391
【發(fā)明人】張瑩, 潘德爐, 雷桂斌, 王淑青, 李燦蘋
【申請人】廣東海洋大學(xué), 國家海洋局第二海洋研究所
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月5日