1.本技术涉及水下光学探测技术领域，更具体地，涉及一种水体光学衰减系数测量装置及方法。
背景技术：2.水体光吸收衰减系数表征水体对光的吸收和衰减作用，只与水体中的物质成分有关,不依赖于水体光场的几何结构,是水体的两大固有光学性质。光经过介质,一部分被吸收,另外一部分偏离原传播方向被散射；吸收和散射的共同作用造成了光的衰减。水下无线光通信系统需要在各种实用条件下预估通信质量，为实际用户适时调整优化通信参数提供参考，因此，方便快捷的测量出通信水域光信号衰减系数显得尤为重要。
3.目前通常采用仪器来观测光能量在水中的衰减，以确定其对光的衰减系数，例如ac系列衰减系数测量仪等，然而该产品的价格达到数百万，且操作复杂，设备笨重。因此，提供一种成本低、体积小、操作简单、测量准确的水体光学衰减系数测量装置是当前水下无线光通信技术发展的一个重要环节。
技术实现要素：4.针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种水体光学衰减系数测量装置及方法，使同样功率的两路光信号分别经历相同的器件，排除了器件之间的差异与的不完美性，提高了水体光学衰减系数测量的准确性。
5.为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种水体光学衰减系数测量装置，包括水体样品测试腔室、所述水体样品测试腔室外设有第一移动机构和第二移动机构；第一移动机构上设有激光器；第二移动机构上设有探测器；其中，
6.所述水体样品测试腔室用于注入样品水体，以用于激光光束在其中传输后测量，该水体样品测试腔室包括水体样本测试区与对比测试区，且所述水体样本测试区与对比测试区连通；
7.所述激光器用于发射第一激光束与第二激光束，其中，所述第一激光束与第二激光束功率相同；
8.所述第一激光束用于通过水体样本测试区进行传输并被所述探测器接收；所述第二激光束用于通过对比测试区进行传输并被所述探测器所接收，以此实现水体光学衰减系数测量。
9.进一步的，上述水体光学衰减系数测量装置，其中，所述第一激光束在水体样本测试区中的传输距离大于所述第二激光束在对比测试区中的传输距离。
10.进一步的，上述水体光学衰减系数测量装置，其中，所述激光器被配置为经其发射的第一激光束垂直于所述水体样品测试腔室外侧壁进入水体样本测试区，以及，经其发射的第二激光束垂直于所述水体样品测试腔室外侧壁进入水体样本测试区。
11.进一步的，上述水体光学衰减系数测量装置，其中，所述探测器被配置为第一激光
束的传输方向与所述探测器表面的法向重合，以及，第二激光束的传输方向与所述探测器表面的法向重合。
12.进一步的，上述水体光学衰减系数测量装置，其中，所述激光器中心点与所述探测器中心点所在的直线垂直于所述水体样品测试腔室外侧壁。
13.进一步的，上述水体光学衰减系数测量装置，其中，所述探测器的探测面积大于接收激光束的光斑面积。
14.按照本发明的第二个方面，还提供了一种水体光学衰减系数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
15.s1：在水体样品测试腔室内注入样品水体，形成水体样本测试区和对比测试区；
16.s2：激光器发射的第一激光束通过水体样本测试区后由探测器接收，测量其到达探测器的光功率；
17.s3：移动激光器与探测器，激光器发射的第二激光束通过对比测试区后由探测器接收，测量其到达探测器的光功率；
18.s4：根据测量的光功率以及两束激光束分别在水体样本测试区中和对比测试区中的传输距离，按照水体光学衰减系数公式计算得到水体光学衰减系数。
19.进一步的，上述水体光学衰减系数测量方法，其中，所述水体样本测试区与对比测试区中为同一水体。
20.进一步的，上述水体光学衰减系数测量方法，其中，所述探测器的探测面积大于接收激光束的光斑面积。
21.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
22.(1)本发明提供的水体光学衰减系数测量装置及方法，将水体样品测试腔室分为连通的水体样本测试区与对比测试区，使相同功率的激光束通过同一水体的传输距离不同，并设置其通过的界面相同，对比测量出光衰减系数，排除了界面传输差异，提高了水体光学衰减系数测量的准确性；
23.(2)本发明提供的水体光学衰减系数测量装置，将激光器与探测器固定于移动机构之上，从而能够自由调整器件的位置，无需反射镜、分束器等器件改变光路的传输方向，减少了使用器件的种类，易于操作，方便拆卸，使用简单；
24.(3)本发明提供的水体光学衰减系数测量装置，将全部器件设置于水体外部，延长了器件的使用寿命，也方便器件的维护，成本较低，操作简单。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本技术实施例提供的一种水体光学衰减系数测量装置结构示意图；
27.图2为本技术实施例提供的另一种水体光学衰减系数测量装置结构示意图；
28.图3为本技术实施例提供的一种水体光学衰减系数测量方法流程示意图。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
30.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
31.一方面，本技术提供一种水体光学衰减系数测量装置，图1为本技术实施例提供的一种水体光学衰减系数测量装置结构示意图。请参阅图1，包括水体样品测试腔室、水体样品测试腔室外设有第一移动机构和第二移动机构；第一移动机构上设有激光器；第二移动机构上设有探测器；其中，激光器、探测器、第一移动机构以及第二移动机构均被设置于水体样品测试腔室之外，这种设置方式能够延长器件的使用寿命，也方便器件的维护，成本较低，操作简单。
32.请继续参阅图1，水体样品测试腔室为倒t字形结构，包括进水口、第一出水口以及第二出水口，其通过倒t字形结构区分水体样品测试区与对比测试区，水体样品测试区与对比测试区连通，将第一出水口与第二出水口堵住，通过进水口向水体样品测试腔室注入水体样品，形成水体样品测试区与对比测试区，且水体样品测试区与对比测试区中为同一水体。水体样品测试腔室为均匀透明材质，可以选用玻璃、pvc、树脂、石英等材质，或者水体样品测试腔室可以仅在其侧壁与a、b两个测试定标点，即激光机与探测器的固定位置，相对应的透光窗口处采用一致的均匀透明材质，其它部位可采用增加装置坚固度的其它材质。
33.激光器用于发射出指定波长的激光束，激光器发射第一激光束与第二激光束，且第一激光束与第二激光束的功率相同。其中，激光器被配置为经其发射的第一激光束垂直于水体样品测试腔室外侧壁进入水体样本测试区，以及，经其发射的第二激光束垂直于水体样品测试腔室外侧壁进入水体样本测试区。激光器为连续激光器，激光器发出的激光束为小发散角光源或准直光源。
34.探测器用于接收激光器发射出的激光束，探测器分别探测出第一激光束与第二激光束的光功率，并且探测器的探测面积大于接收第一激光束与第二激光束的光斑面积。其中，探测器被配置为第一激光束的传输方向与探测器表面的法向重合，以及，第二激光束的传输方向与探测器表面的法向重合。并且，激光器中心点与探测器中心点所在的直线垂直于水体样品测试腔室外侧壁。在一个具体的实施例中，探测器可选用光功率计、照度计、单点探测器或者面阵探测器等探测设备。
35.当测量第一激光束通过水质样本测试区后的功率时，将激光器设置于第一移动机构上的a点，探测器设置于第二移动机构上的a1点，当测量第二激光束通过对比测试区后的功率时，将激光器设置于第一移动机构上的b点，探测器设置于第二移动机构上的b1点。第一移动机构与第二移动机构为升降台或滑动导轨，激光器与探测器工作时使用螺栓固定、螺钉配合固定或其他固定方式，结束第一激光束的功率测量时，调节激光器与探测器在第
一移动机构与第二移动机构上的相对位置，将其固定后，再开始第二激光束的功率测量。其中，a点与a1点所在的直线垂直于所述水体样品测试腔室外侧壁,b点与b1点所在的直线垂直于水体样品测试腔室外侧壁。
36.本技术还提供了另一种水体光学衰减系数测量装置，图2为本技术实施例提供的另一种水体光学衰减系数测量装置结构示意图。请参阅图2，水体样品测试腔室为l字形结构，在测量第二激光束通过对比测试区的功率时，第一移动机构位置不变，或者，第一移动机构设置为到水体样品测试腔室中对比测试区外侧壁的距离与测量第一激光束通过对比测试区的功率时第一移动机构到水体样品测试腔室中水体样品测试区外侧壁的距离相等。除上述区别外，其余条件均与上述倒t型水体光学衰减系数测量装置一致。
37.在一个优选的实施例中，水体光学衰减系数测量装置可以放入外壳或外部结构中，以加强装置各组件的连接，保证装置各部件的稳固，增强装置的环境适应性。
38.下面对本实施例提供的水体光学衰减系数装置的工作过程进行简要说明。工作时：激光器发射出指定波长的第一激光束，第一激光束垂直于水体样品测试腔室外侧壁进入水体样本测试区，通过水体样本测试区后被探测器接收，探测器测量第一激光束的光功率p1；移动激光器与探测器的相对位置，激光器发射出指定波长的第二激光束，第二激光束垂直于水体样品测试腔室外侧壁进入对比测试区，通过对比测试区后被探测器接收，探测器测量第二激光束的光功率p2。
39.第一激光束在水体样本测试区中的传输距离为l1，第二激光束在对比测试区中的传输距离为l2，且l1大于l2；按照水体光学衰减系数公式c＝|p
1-p2|/|l
1-l2|，计算得到水体光学衰减系数c。在一个具体的实施例中，l2可以非常小，只需满足水体样品测试腔室的进水要求即可。
40.另一方面，本技术提供一种水体光学衰减系数测量方法，图3为本技术实施例提供的一种水体光学衰减系数测量方法流程示意图。请参阅图3，该方法步骤包括：
41.s1：在水体样品测试腔室内注入样品水体，形成水体样本测试区和对比测试区；
42.其中，水体样品测试腔室为倒t字形结构或l字型结构，包括进水口、第一出水口以及第二出水口，其通过独特结构区分水体样品测试区与对比测试区，水体样品测试区与对比测试区连通，将第一出水口与第二出水口堵住，通过进水口向水体样品测试腔室注入水体样品，形成水体样品测试区与对比测试区，且水体样品测试区与对比测试区中为同一水体。注入样品水体后，调节所有器件的位置，使激光器发出的激光束能够正好被探测器接收。
43.s2：激光器发射的第一激光束通过水体样本测试区后由探测器接收，测量其到达探测器的光功率p1；
44.s3：移动激光器与探测器，激光器发射的第二激光束通过对比测试区后由探测器接收，测量其到达探测器的光功率p2；
45.其中，第一激光束与第二激光束的功率相同，激光器被配置为经其发射的第一激光束垂直于水体样品测试腔室外侧壁进入水体样本测试区，以及，经其发射的第二激光束垂直于水体样品测试腔室外侧壁进入水体样本测试区。探测器被配置为第一激光束的传输方向与探测器表面的法向重合，以及，第二激光束的传输方向与探测器表面的法向重合。并且，激光器中心点与探测器中心点所在的直线垂直于所述水体样品测试腔室外侧壁。探测
器的探测面积大于其接收的第一激光束与第二激光束的光斑面积。
46.s4：根据测量的光功率以及两束激光束分别在水体样本测试区中和对比测试区中的传输距离，按照水体光学衰减系数公式计算得到水体光学衰减系数。
47.第一激光束在水体样本测试区中的传输距离为l1，第二激光束在对比测试区中的传输距离为l2，且l1大于l2；按照水体光学衰减系数公式c＝|p
1-p2|/|l
1-l2|，计算得到水体光学衰减系数c。在一个具体的实施例中，l2可以非常小，只需满足水体样品测试腔室的进水要求即可。
48.由于空气光学衰减系数不到水体光学衰减系数的千分之一，因此由空气距离差异带来的光学衰减相对于水体光学衰减来说也为不到其千分之一，相对于测量精度来说可以忽略不计，也可以采用真空完全消除本装置中的空气光学衰减差异，因此按照水体光学衰减系数公式，得到水体光学衰减系数c，并且可以根据需要进行多次测量，取平均值得到最终的水体光学衰减系数。本发明提供的水体光学衰减系数测量装置及方法，将水体样品测试腔室分为连通的水体样本测试区与对比测试区，使相同功率的激光束通过同一水体的传输距离不同，并设置其通过的界面相同，，对比测量出光衰减系数，排除了界面传输差异，提高了水体光学衰减系数测量的准确性；将激光器与探测器固定于移动机构之上，从而能够自由调整器件的位置，无需反射镜、分束器等器件改变光路的传输方向，减少了使用器件的种类，易于操作，方便拆卸，使用简单；将全部器件设置于水体外部，延长了器件的使用寿命，也方便器件的维护，成本较低，操作简单。
49.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
50.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
51.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
52.以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。
53.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛
盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
54.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种水体光学衰减系数测量装置，其特征在于，包括水体样品测试腔室、所述水体样品测试腔室外设有第一移动机构和第二移动机构；第一移动机构上设有激光器，第二移动机构上设有探测器；其中，所述水体样品测试腔室用于注入样品水体，以用于激光光束在其中传输后测量，该水体样品测试腔室包括水体样本测试区与对比测试区，且所述水体样本测试区与对比测试区连通；所述激光器用于发射第一激光束与第二激光束，其中，所述第一激光束与第二激光束功率相同；所述第一激光束用于通过水体样本测试区进行传输并被所述探测器接收；所述第二激光束用于通过对比测试区进行传输并被所述探测器接收，以此实现水体光学衰减系数测量。2.如权利要求1所述的水体光学衰减系数测量装置，其中，所述第一激光束在水体样本测试区中的传输距离大于所述第二激光束在对比测试区中的传输距离。3.如权利要求1所述的水体光学衰减系数测量装置，其中，所述激光器被配置为经其发射的第一激光束垂直于所述水体样品测试腔室外侧壁进入水体样本测试区，以及，经其发射的第二激光束垂直于所述水体样品测试腔室外侧壁进入对比测试区。4.如权利要求3所述的水体光学衰减系数测量装置，其中，所述探测器被配置为第一激光束的传输方向与所述探测器表面的法向重合，以及，第二激光束的传输方向与所述探测器表面的法向重合。5.如权利要求4所述的水体光学衰减系数测量装置，其中，所述激光器中心点与所述探测器中心点所在的直线垂直于所述水体样品测试腔室外侧壁。6.如权利要求1所述的水体光学衰减系数测量装置，其中，所述探测器的探测面积大于接收激光束的光斑面积。7.一种水体光学衰减系数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：在水体样品测试腔室内注入样品水体，形成水体样本测试区和对比测试区；s2：激光器发射的第一激光束通过水体样本测试区后由探测器接收，测量其到达探测器的光功率；s3：移动激光器与探测器，激光器发射的第二激光束通过对比测试区后由探测器接收，测量其到达探测器的光功率；s4：根据测量的光功率以及两束激光束分别在水体样本测试区中和对比测试区中的传输距离，按照水体光学衰减系数公式计算得到水体光学衰减系数。8.如权利要求7所述的水体光学衰减系数测量方法，其中，所述水体样本测试区与对比测试区中为同一水体。9.如权利要求7所述的水体光学衰减系数测量方法，其中，所述探测器的探测面积大于接收激光束的光斑面积。
技术总结本申请公开了一种水体光学衰减系数测量装置，该装置包括水体样品测试腔室、该腔室外设有第一移动机构和第二移动机构；第一移动机构上设有激光器，第二移动机构上设有探测器；该水体样品测试腔室包括水体样本测试区与对比测试区，且水体样本测试区与对比测试区连通；激光器用于发射第一激光束与第二激光束，第一激光束与第二激光束功率相同；激光器发射的第一激光束用于通过水体样本测试区进行传输并被探测器接收；第二激光器发射的第二激光束用于通过对比测试区进行传输并被探测器接收，以实现水体光学衰减系数测量。本发明使同样功率的两路光信号分别经历相同的器件，排除了器件之间的差异与不完美性，保证了水体光学衰减系数测量的准确性。衰减系数测量的准确性。衰减系数测量的准确性。
技术研发人员：肖云 费礼 周金荣 陈思井 文柯 万梓傲 袁进刚 彭汉 吴夏颖 宫鹏飞 胡皓 许利刚 李媛
受保护的技术使用者：武汉船舶通信研究所（中国船舶重工集团公司第七二二研究所）
技术研发日：2022.08.09
技术公布日：2022/12/2
