[发明专利]海水叶绿素垂直分布浓度的遥测系统

说明书

技术领域

本发明属于光学电子测量领域，具体涉及一种海水叶绿素垂直分布浓度的遥测系统。

背景技术

叶绿素浓度是反应海洋浮游植物密度的一个重要指标，通过对水中叶绿素浓度的测量可以监视赤潮和水质环境状况。此外，叶绿素浓度的含量还可以作为估算海洋初级生产力的重要依据。

海水叶绿素浓度测量主要有定点取样实验室测量、现场连续走航测量和大面积遥感测量。

定点取样测量具有取样困难、实时性差、周期长等缺点。

现场连续走航测量和大面积遥感测量能进行实时测量，其中，现场连续走航测量利用船只拖曳探头实现测量，这种测量方式需将头部装有探头的光纤伸入海洋底部进行测量，虽然能将探头伸入不同深度，做出叶绿素垂直廓线，但由于依赖光纤传递信号，给测量带来不便；而大面积遥感测量虽然可以实现快速、高精度、大面积测量海洋表层叶绿素浓度，但对垂直方向不同深度的叶绿素测量具有一定的局限性。

目前，激光诱导荧光法在水体叶绿素浓度测量方面得到了应用，这种方法是利用激光照射水体，激发水体中叶绿素分子发射荧光信号，接收荧光信号后对其进行分析得出水体叶绿素的浓度。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种海水叶绿素浓度的遥测系统，它不仅能解决海水叶绿素浓度在垂直方向上的分布问题，同时具有方便、快速、实时测量的特点。

本发明提出的一种海水叶绿素垂直分布浓度的遥测系统，包括激光光源1、调制器2、发射望远镜3、接收望远镜4、滤波器5、光电转换器6和数据处理系统7，激光光源1的出光口对准调制器2的进光口，调制器2的出光口对准发射望远镜3的进光口，发射望远镜3的出光口对准接收望远镜4的进光口，接收望远镜4连接滤波器5，滤波器5连接光电转换器6，光电转换器6将滤波器5输出的光信号转换为电信号，光电转换器6连接数据处理系统；其中：

所述发射望远镜3由可移动凸透镜8和固定凸透镜9组成，可移动凸透镜8的出光口对准凸透镜9的进光口，可移动凸透镜8和固定凸透镜9的光轴放置在同一直线上，可移动凸透镜8固定沿此直线运动；

所述接收望远镜4由一小型凹面镜10和环形凹面镜11组成，环形凹面镜11面向海水表面安装，小型凹面镜10面向环形凹面镜11安装，小型凹面镜10与环形凹面镜11间的距离为两者焦距之和。

本发明中，所述的激光光源1采用脉冲激光器。

本发明中，所述的调制器2将入射激光进行带宽调节。

本发明中，所述的发射望远镜3由可移动凸透镜8和固定凸透镜9组成。可移动凸透镜8和固定凸透镜9的光轴放置在同一直线上，可移动凸透镜8沿此直线运动，从而改变可移动凸透镜8与固定凸透镜9之间的距离。由凸透镜成像原理可知：                                                ，其中，为物距，为像距，为凸透镜的焦距。平行光束经过可移动凸透镜后会聚在其焦点上，并射向固定凸透镜，光线经过固定凸透镜后再次会聚。由凸透镜成像原理可知，可移动凸透镜焦点与固定凸透镜中心点的距离为物距，固定凸透镜中心点与最终光线会聚点的距离为像距，由于物距的倒数与像距的倒数之和等于焦距的倒数，因此发射望远镜可以通过调节可移动凸透镜的位置，即通过改变可移动凸透镜与固定凸透镜之间的距离，从而改变物距，进而改变固定凸透镜出射光线的会聚点。

本发明中，所述的接收望远镜4由一小型凹面镜10和环形凹面镜11组成。环形凹面镜11面向海水表面安装，将反射回的荧光信号进行会聚，将另一小型凹面镜10面向环形凹面镜11安装，小型凹面镜10与环形凹面镜11间的距离为两者焦距之和，使会聚的荧光信号经小型凹面镜放射会变为平行光，平行光透过环形凹面镜中心的圆孔出射。

本发明中，所述的滤波器5采用带通滤波器，除去接收光中除了叶绿素分子荧光信号以外的水分子喇曼散射信号和其它藻类或有机物激发的荧光信号，使输出光波长接近685nm。

本发明中，所述数据处理系统7主要用于计算和调节可移动凸透镜位置，分析荧光反射信号。在激光发射前，数据处理系统根据指定入射深度，计算得出可移动凸透镜与固定凸透镜间的距离，并发出指令使可移动凸透镜移动至指定位置。激光光源发出激光束时，数据处理系统开始计时，并根据指定入射深度计算此深度荧光信号返回的时间。到此时间时，数据处理系统分离出最强的荧光信号，对荧光信号光谱进行分析，根据荧光光谱峰值高度和叶绿素浓度的线性关系，得出海水指定入射深度处的叶绿素分子的浓度。