[发明专利]基于旋转光谱仪的极地海冰多层位光谱辐射测量系统

权利要求书

1.一种基于旋转光谱仪的极地海冰多层位光谱辐射测量系统，其特征在于，所述测量系统包括均设在密封舱（10）内的辐射信号耦合装置（1）、光谱仪（2）、电源（3）、主控子系统（4）、光电编码器（5）、机械传动装置（6）、伺服电机（7）、光谱仪固定块（8）、光纤接口/固定装置（9）；所述电源（3）与主控子系统（4）相连，为其提供工作电压；所述辐射信号耦合装置（1）和光谱仪（2）通过光纤相连，所述光谱仪（2）和辐射信号耦合装置（1）通过光谱仪固定块（8）安装在机械传动装置（6）的旋转主轴上，所述光电编码器（5）设在机械传动装置（6）的旋转主轴上，所述伺服电机（7）与机械传动装置（6）相连，所述光谱仪（2）、光电编码器（5）和伺服电机（7）均与主控子系统（4）相连；

所述光纤接口/固定装置（9）上开有12个呈均匀圆周阵列分布的标准光纤接口，用于与外部光纤相连；

进行测量时，在主控子系统（4）的控制下，伺服电机（7）进行反转，带动机械传动装置（6）转动使得光电编码器（5）从初始位置开始寻找零位；当光电编码器（5）到达零位后，主控子系统（4）控制下伺服电机（7）正转，带动机械传动装置（6）和光谱仪固定块（8）转动，直到光谱仪（2）恰好指向第一根外部光纤时停止，此时外部光信号经由辐射信号耦合装置（1）聚焦于光谱仪（2）入口光纤的端面圆心处，经由光纤传输进入光谱仪（2）内部进行测量；当光谱仪（2）测量完成后，数据通过数据线传输到主控子系统（4）的SD卡中进行存储；在第一次测量完成之后，伺服电机（7）继续正转（30）度，光谱仪（2）指向下一根外部光纤，光谱仪（2）测量辐射信号，主控子系统（4）将测量结果存储到SD卡中，直到（12）根外部光纤全部被测量完成；最后在主控子系统（4）的控制下，伺服电机（7）进行反转，带动机械传动装置（6）进行转动使得光电编码器（5）回到初始位置，此次测量结束，所述测量系统进入低功耗模式并等待下一次测量指令。

2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述辐射信号耦合装置（1）为一面消色差双合透镜，所述消色差双合透镜的一侧焦点与光谱仪（2）的入口光纤端面圆心重合；当所述光谱仪（2）指向一根固定于光纤接口/固定装置（9）上的一根外部光纤时，消色差双合透镜的另一侧焦点与该外部光纤端面圆心重合。

3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述机械传动装置（6）包括旋转主轴和传动轴，所述旋转主轴和传动轴均通过轴承支承在密封舱（10）内，所述旋转主轴上固定安装有从动锥齿轮，所述传动轴上固定安装有主动锥齿轮，所述从动锥齿轮和主动锥齿轮啮合传动，所述传动轴通过联轴器与伺服电机（7）相连。

4.根据权利要求3所述的测量系统，其特征在于，所述光谱仪固定块（8）上开有一个通孔，直径与主旋转轴直径相同，光谱仪固定块（8）固定套设在主旋转轴上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的测量系统，其特征在于，所述主控子系统（4）包括微处理器模块、数据存储模块、光谱仪控制模块和伺服电机控制模块；其中，所述数据存储模块、光谱仪控制模块和伺服电机控制模块均与微处理器模块相连；所述伺服电机控制模块分别与光电编码器（5）和伺服电机（7）相连，用于自动接收并判断光电编码器（5）所产生的脉冲，并根据脉冲数量来发出指令，控制伺服电机（7）正转或反转，使得辐射信号耦合装置（1）和光谱仪（2）能够转到预先设定的测量位置；所述光谱仪控制模块与光谱仪（2）相连，控制并接收光谱仪（2）进行光谱数据测量；所述数据存储模块用于存储光谱仪控制模块接收到的光谱数据测量。

6.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，所述微处理器模块包括单片机芯片IC2，晶振X1，编程口插座PL1，电容C2、C3、C4、C5、C8、C9、C10、C11、C12、C14；晶振X1 的一端和电容C4的一端均与单片机芯片IC2 的第一内部时钟输入端口连接，晶振X1 的另一端和电容C3的一端均与单片机芯片U1 的第二内部时钟输入端口连接，电容C3的另一端和电容C4 的另一端相连；编程口插座PL1用于扩展服务，通过IO端口与单片机芯片IC2相连；单片机芯片IC2的电源端口均与电源（3）相连；所述电容C2、C9、C5、C12、C14、C11、C8、C10的一端均与电源（3）相连，另一端均接地；单片机芯片IC2的接地端口均接地。