本發(fā)明屬于光輻射測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于積分球的液體光譜透射和散射系數(shù)測量裝置。

背景技術(shù)：

隨著技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)工作者們慢慢把目光投向海洋，近年來光學(xué)與水的關(guān)系比以往更加緊密。人們通過水下攝影來認(rèn)識海洋，從生物多樣性的探索到海洋油氣資源的探測都有水下攝影的應(yīng)用。新近發(fā)展的水下光通信也與水下光學(xué)緊密相關(guān)。但是影響水下攝影成像質(zhì)量的最大問題就是水體對光的吸收和散射作用。同時(shí)由于不同位置、不同深度的水體對光的吸收和散射作用也不盡相同，需要有一種簡單、快速的測量裝置。

CN 102608037.A提出了在外殼內(nèi)裝滿待測水體，并通過在其中設(shè)置成像系統(tǒng)、光學(xué)照明系統(tǒng)和目標(biāo)物。成像系統(tǒng)利用漫反射、黑白對比目標(biāo)物的反射光成像，跟據(jù)反射光強(qiáng)度做數(shù)據(jù)處理計(jì)算出待測水樣對光的衰減系數(shù)。但在這種裝置中，外殼內(nèi)的成像系統(tǒng)、光學(xué)照明系統(tǒng)和目標(biāo)物都直接暴露在待測水體中，海水的腐蝕作用將對裝置的壽命造成影響。進(jìn)一步來說，由于外殼不可拆卸和出水孔的設(shè)置問題，做新的測試時(shí)很難徹底更新水樣，從而為測量結(jié)果帶來難以消除的誤差。

CN 204462014.U在此基礎(chǔ)上除了改進(jìn)。采用水密接插件將待測水體控制在安全區(qū)域內(nèi)而不直接接觸裝置的其他部分。該測量設(shè)備采取水體所在凹槽垂直的平面內(nèi)設(shè)置反光鏡和凸透鏡的方法，在光強(qiáng)探測陣列上得到個(gè)角度的散射光強(qiáng)值，可以較為精準(zhǔn)地測量濁度。但是這種測量方法的零部件復(fù)雜，并且利用凹透鏡聚焦的方法對于設(shè)備的制造精度要求很高，使得測量設(shè)備的成本居高不下，普及度將受到影響。另外，這種裝置只能測量散射系數(shù)，缺少透射系數(shù)的測量模塊。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低，基于積分球的液體光譜透射和散射系數(shù)測量裝置。在測量水體對光的透射和散射作用的同時(shí)，避免器件老化，降低設(shè)備成本。

本發(fā)明提供的基于積分球的液體光譜透射和散射系數(shù)測量裝置，采用積分球?yàn)榛A(chǔ)進(jìn)行液體光譜透射和散射系數(shù)的測量。該裝置由兩個(gè)積分球組成，其中，一個(gè)積分球用于測量光譜散射系數(shù)；另一積分球用于測量光譜透射系數(shù)；測量裝置的光軸通過兩個(gè)積分球的直徑；在光譜散射系數(shù)測量積分球位于一條直徑的兩側(cè)端設(shè)置有進(jìn)光孔和出光孔，進(jìn)光孔和出光孔之間形成光路通道；在該直徑上設(shè)置有用于存放待測液體的吸收池，在吸收池的垂直方向上設(shè)置有第一光譜照度計(jì)，用于測量散射光的光譜功率分布。

所述光譜散射系數(shù)測量進(jìn)光孔連通吸收池；光譜散射系數(shù)積分球出光孔正對光譜透射系數(shù)測量積分球入光口；入光孔正對的垂直位置上安置有第二光譜照度計(jì)，用于測量透射光的光譜功率分布。

在光譜散射系數(shù)測量積分球中，在測量散射光光譜的第一光譜照度計(jì)與吸收池之間設(shè)置有第一擋屏，該第一擋屏長度能夠恰好濾除直接散射光。

在光譜透射系數(shù)測量積分球中，在出光孔與光譜照度計(jì)之間設(shè)置有第二擋屏，該第二擋屏用于濾除直接透射光。

吸收池為柱形，存滿待測液體，長度控制在球的直徑以內(nèi)。吸收池選用小直徑、薄管壁的高透光率材料，以減少柱體對積分球反射光的吸收。

測量用兩積分球內(nèi)壁涂層材料可采用理想的漫反射材料，在可見光譜范圍內(nèi)的光譜反射率接近100%。

測量儀器采用光譜照度計(jì)，獲得光譜功率分布和視見函數(shù)的卷積，更加符合人眼所見的光衰減情況。

利用鹵鎢燈或氙燈產(chǎn)生的連續(xù)譜平行光作為窄光束的來源，能夠獲得可見光波長范圍內(nèi)的各波長在液體中的衰減情況。

附圖說明

圖1為本發(fā)明測量裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖中標(biāo)號：1—平行光；2—光譜散射系數(shù)積分球；3—光譜透射系數(shù)積分球；4—光路通道；5—第一擋屏1；6—第二擋屏2；7—第一光譜照度計(jì)；8—第二光譜照度計(jì)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。所描述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的部分實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例而未作出創(chuàng)造性成果的其他所有實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明的基于積分球的液體光譜透射和散射系數(shù)測量裝置，包含位于積分球同一條直徑兩側(cè)的進(jìn)光孔和出光孔，該直徑上的吸收池，以及直徑垂直方向上能夠恰好濾除直接散射光的擋屏。測量裝置包含在吸收池垂直方向的測量散射光光譜的第一光譜照度計(jì)和出光孔正對的垂直位置上的測量透射光光譜的第二光譜照度計(jì)，如圖1所示。光譜散射系數(shù)測量及光譜透射系數(shù)測量均采用直徑1 m的積分球。吸收池外壁采用高透過率的石英管材料，石英管直徑5 cm，管壁厚度5 mm，長度1 m。窄光束平行光由35 W GU10反射燈杯式鹵鎢燈提供。擋板采用氧化鎂涂層以減少對散射光的吸收。

以海水透射系數(shù)和散射系數(shù)的測量為例，測量分兩步。第一步吸收池石英管內(nèi)不充海水，開啟窄光束平行光源，記錄兩個(gè)積分球內(nèi)的光譜照度計(jì)的測得的光譜功率分布初始值，其中光譜散射系數(shù)積分球的光譜輻照度為E₁₀(λ )，光譜透射系數(shù)積分球的光譜輻照度為E₂₀(λ )。第二步，吸收池內(nèi)充滿海水，開啟窄光束平行光源，光譜散射系數(shù)積分球的光譜輻照度為E₁₁(λ )，光譜透射系數(shù)積分球的光譜輻照度為E₂₁(λ )。則光譜散射系數(shù)為

S (λ ) = [E₁₁(λ ) ?E₁₀(λ )]/[E₁₀(λ ) + E₂₀(λ )]，

光譜透射系數(shù)為

T (λ ) = E₂₁(λ )/[E₁₀(λ ) + E₂₀(λ )]。