專利名稱：水中懸沙測定儀的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種現場測量水中懸沙含量的光電儀器，屬于水下測量儀器技術領域。
在海岸帶開發、港工建設、航道疏浚及海洋環境評價中，必須要掌握有關水域水中懸沙含量及其在時間和空間上的分布。以往，我國測量水中懸沙含量都采用取樣稱重法。取樣稱重法是在現場(如海上)分層定點采集一定量水樣，運回實驗室進行過濾、脫鹽、烘干、稱重，并根據稱重結果及水樣體積計算出懸沙含量，即懸沙濃度。
對于取樣稱重法，取樣的隨機性大，工序煩多，獲取測量數據周期長，受人為因素影響大，測量精度難以保證。而且，取樣稱重法無法在時間和空間上做到連續。特別是，對于某些懸沙，如粉煤灰、淤泥等，由于其懸浮時間短，沉降較快，幾乎難以用取樣稱重法測量出較準確結果。因此，海洋科研和工程技術部門特別需要一種現場測量水中懸沙含量的儀器。
本實用新型的目的是推出一種能現場連續實時測量水中懸沙含量的儀器。該儀器既能用船只拖曳進行表層連續測量，又能定點懸掛進行垂直連續測量，可以獲得水深40米以內并在時間和空間上連續分布的水中懸沙含量，即水中懸沙濃度。
本實用新型所述水中懸沙測定儀是根據在懸沙濃度不同的水中光傳輸發生不同衰減的基本原理設計的。光在水中傳輸時，由于水介質的散射和吸收，使光強度衰減。當一束平行光在宏觀均勻的水中傳輸時，其衰減遵循朗伯特定律(Lambert，Law)It＝Ioexp(－αL)α＝－ 1/(L) InIt／I。
式中，Io為光束出射處的輻射強度，L為光束通過的水程長度，It為光束通過L水程后輻射強度，α為水介質的衰減系數。
水介質的衰減包括水本身的衰減和水中懸沙粒子的衰減。試驗表明，相同粒徑分布的粒子濃度與衰減系數α和散射光強度Is有較好的線性關系。從上述定律公式可以看出衰減系數α的變化可以從通過L水程后光輻射強度It的變化得出。該水下懸沙測定儀分別測出通過固定水程L后光輻射強度It和前向散射光強度Is來確定水下懸沙濃度。
水中懸沙測定儀由水下測量探頭、水上控制顯示器及其連接電纜組成。
水下測量探頭外殼為圓柱體流線型，尾部加裝十字形尾舵，見

圖1。水下測量探頭內部有光發射器、光接收器和測量區域三部分，見圖2。光發射器在水下測量探頭的前部，包括光源和平行光系統。光源采用普通燈泡；平行光系統由透鏡組構成，使光源發出的光成為平行光束。平行光束通過測量區域進入接收器。測量區域為盛水容器，位于光發射器和光接收器之間，分別由水密玻璃與光發射器和光接收器相連，既保證光束通過又不漏水。通過測量區域的光產生衰減(散射和吸收)。光接收器在水下測量探頭的后部，主要由接受透鏡和二塊硅光電池組成。一塊大的硅光電池呈中空圓環狀，接收前向散射光Is；一塊小的硅光電池放在中央，接收透射光It。光發射器和接收器為同心一體化框架結構，確保光軸的同心度要求。測量水(如海水)從水下測量探頭前端進入，經光發射器外側(光發射器密封殼與水下測量探頭外殼之間腔體)進入測量區域，再經光接收器外側(光接收器密封殼與水下測量探頭外殼之間腔體)，從水下測量探頭尾部流出。水下測量探頭內的腔體有在上下不同位置設置的進出水口，使進入水下測量探頭腔體內的水及時變換，并且在腔體內螺旋進出以消除背景光進入。測量區域機殼上端開設一直角彎道出氣孔，能及時將進入水下測量探頭水中的氣泡排出。水下測量探頭上部機殼外有二個吊環，用以由鋼纜懸掛測量探頭。水下測量探頭下部機殼外有懸掛重錘的吊環。
光發射器和光接收器由七芯電纜與水上控制顯示器相連。電纜與水下測量探頭相接的輸入、輸出插件均采用“O”形圈密封方式。
水上控制顯示器是將硅光電池轉換的散射光和透射光的電信號，經適當放大、運算處理，由記錄顯示系統自動記錄和顯示測量結果。數據顯示可以有三種裝置①數字電壓表，顯示透射輸出和散射輸出表征的水中懸沙濃度；②雙筆X－Y記錄儀，連續自記水中懸沙濃度；③單板機數據采集系統，現場實時采集測量數據，存入磁帶，并與計算機相連，便于數據保存和分析計算。
圖1為水下測量探頭外形示意圖。圖2為水下測量探頭結構剖面示意圖。
圖1和圖2的說明1－鋼纜，2、5－吊環，3－尾舵，4－重錘，6－探頭圓柱體，7－燈泡，8－透鏡組，9－水密玻璃，10－測量區域，11－接收透鏡，12－硅光電池(圓環狀)，13－硅光電池，14－進出水孔，15－隔熱玻璃，16－濾光片。
圖3為水上控制顯示裝置電路圖，說明如下Jx1、Jx2、Jx3為＋15v和－15v兩路直流穩壓電源接線柱，k為雙刀電源開關，Jx1與k的第1腳相接，K的第2腳接七芯電纜插座Z的第2、5腳。Jx2為外接電源和控制顯示器公共接地端，并與Z的第1、4腳相連，這樣＋15v的電流可通過七芯電纜相應芯線送入水下探頭內作為燈泡電源。Jx3與K的第3腳相連。水下測量探頭內光接收器的硅光電池產生的電信號經七芯電纜中的兩芯送到Z的第6、7腳上。Z的第7腳通過輸入電阻R3與IC1的第4腳相連，Z的第6腳通過輸入電阻R4與IC1的第5腳相連。IC1為斬波穩零運算放大器，型號為ICL7650。反饋電阻R5接IC1的第4、10腳，負載電阻R9兩端分別連接IC1的第10腳和接地。電阻R1、電容C1、二極管D1和電阻R2、電容C2、二極管D2分別將±15v電壓穩壓到±6v，作為IC1的供電電源。R1的一端接K的第2腳，另一端與D1負極和C1的一端連在一起。R2的一端接K的第4腳，另一端與D2的正極和C2的一端連在一起。C1、D1、C2、D2的另一端均接地。＋6v通過電阻R6送到IC1的第11腳，－6v通過電阻R7送到IC1的第7腳。電容C3、C4相連后接IC1的第8腳，另一端分別連IC1的第1、2腳。IC1的輸出端第10腳經電阻R11接IC2的第2腳。IC2為通用型運算放大器F007C。電位器W1的中心抽頭與其一端一起接地，另一端通過電阻R8與R1、C1、D2、R6的公共端相連。W1和R8組成分壓電路，兩者連接端通過電阻R10也接于IC2的第2腳。IC2的第3腳接電阻R12到地，第2、6腳接反饋電阻R13，第1、5腳接調零電位器W2兩端。W2的中心抽頭接IC2的第4腳和K的第4腳。IC2的第7腳接K的第2腳，輸出端第6腳接電阻R14到地，同時接R15和直流數字電壓表V到地。R14為負載電阻，R15為限流電阻。V用于顯示IC2的輸出電壓，即本儀器的測量結果。V的兩端并聯兩芯插孔ZK，便于與其他記錄器如X－Y記錄儀等相連，以便連續自記水中懸沙含量。
權利要求1.一種測量水中懸沙含量的儀器，其特征在于由以下幾部分組成-水下測量探頭，內部有光發射器、光接收器和兩者之間由盛水容器構成的測量區域；-水上控制顯示裝置，包括信號放大、運算電路和數字顯示儀表；-連接水下測量探頭和水上控制顯示裝置的七芯電纜。
2.按權利要求1所述的水下測量探頭，其特征在于外殼為流線型圓柱體，并裝一十字形尾舵。
3.按權利要求1所述的水下測量探頭，其特征在于探頭內的發射器和光接收器為同心一體化框架結構。
4.按權利要求1所述的水下測量探頭，其特征在于探頭內的測量區域與光發射器和光接收器均以水密玻璃相接。
5.按權利要求1所述的水下測量探頭，其特征在于光接收器有二塊硅光電池，一塊呈中空圓環狀，另一塊位于中空中心。
6.按權利要求1所述的連接水下測量探頭和水上控制顯示裝置的七芯電纜，其特征在于電纜與水下測量探頭相接的輸入、輸出插件均采用“O”形圈密封方式。
專利摘要本實用新型是一種現場測量水中懸沙含量的光電儀器。儀器由水下測量探頭和水上控制顯示裝置及其連接電纜構成。水下測量探頭包括光發射器和光接收器，測量通過固定水程光的散射和透射，來確定水中懸沙含量。測量結果由儀表數字顯示或者連續自記。儀器既能用船只拖曳進行表層連續測量，又能定點懸掛進行垂直連續測量，可以獲得水深40米以內并在時間上和空間上連續分布的水中懸沙含量。
文檔編號G01N21/59GK2060548SQ89213630
公開日1990年8月15日 申請日期1989年7月6日 優先權日1989年7月6日
發明者朱儒弟, 胡福辰, 孫培光, 劉洪智, 丁立淑, 姜太良 申請人:國家海洋局第一海洋研究所