一种水体表面温度遥测装置的制作方法

本实用新型属于海水温度测量技术领域，尤其是涉及一种水体表面温度遥测装置。

背景技术：

海水温度是研究海洋学的一个重要参数，它能直接反映全球气候变化和全球海洋整体特征分布，对于研究海洋气象预报、全球气候变化等领域具有极其重要的意义。准确地测量海水表面温度，对研究海洋温度具有决定性的意义。目前海水表面温度测量的方法主要是接触式测量：如固定站位ctd测量仪、测量传感器链等。固定站位ctd测量仪和海水温度测量传感器链设备较为繁琐，测温误差较大，体积庞大，长期浸泡和拖拽，会使其测温准确度降低。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种操作简单、方便快捷的水体表面温度遥测装置，其将理想的温度-辐射出射度曲线进行分段线性化得到标定曲线，与高精度的接触式测温仪配合，测得水体发射率；通过两个光学镜头分别获取海面和大气在8～14μm的辐射能量，计算得到实际的水体表面辐射能量，再通过标定曲线得到水体表面温度。

为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种水体表面温度遥测装置，其通过与海面垂直的立杆固定安装在海岸边，包括第一光学镜头、第二光学镜头、第一光电探测器、第二光电探测器、数据处理模块、数据传输模块以及提供电能的电源模块，用于采集天空的热辐射信号的第一光学镜头、用于采集海水表面的热辐射信号的第二光学镜头均与海面法线具有夹角α，第一光学镜头、第二光学镜头分别与第一光电探测器、第二光电探测器连接，第一光电探测器、第二光电探测器与数据处理模块连接，数据处理模块与数据传输模块连接，数据传输模块通过rs485接口、蓝牙、wifi、gsm、gprs、3g、4g、或5g方式将温度数据发射至数据接收终端；电源模块与第一光电探测器、第二光电探测器、数据处理模块、数据传输模块连接。

所述的水体表面温度遥测装置，其第一光学镜头、第二光学镜头只透射波长为8～14μm波段的红外辐射。

所述的水体表面温度遥测装置，其第一光学镜头、第二光学镜头与海面法线的夹角α为15°～45°。

所述的水体表面温度遥测装置，其第一光电探测器、第二光电探测器均为光伏探测器。

所述的水体表面温度遥测装置，其电源模块是锂电池。

所述的水体表面温度遥测装置，其数据接收终端为手机、或电脑。

所述的水体表面温度遥测装置，其还包括温度智能控制器，温度智能控制器由温度传感器、控制器、风扇和加热器组成，温度传感器与控制器的信号输入端连接，风扇、加热器与控制器的信号输出端连接。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下优越性：

该水体表面温度遥测装置，其结构简单，设计合理新颖，制造成本低，操作方便快捷，具有非接触式优点，实时获得水体表面温度数据并上传至终端，提高了测量精度，使用效果好，而且有效消除了大气辐射、环境变化等因素带来的影响，具有良好的推广应用价值。

附图说明

图1是本实用新型水体表面温度遥测装置的结构示意图；

图2是本实用新型水体表面温度遥测装置的原理示意框图；

图中：1－第一光学镜头；2－第二光学镜头；3－立杆；4－壳体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。

如图1、2所示，该水体表面温度遥测装置，其安装在海岸边，包括与海面垂直的立杆3，立杆底端固定在地面上，顶端安装有测温装置；所述测温装置包括壳体4，壳体外侧顶部、底部对称安装有第一光学镜头1、第二光学镜头2，第一光学镜头、第二光学镜头只透射波长为8～14μm波段的红外辐射，第一光学镜头、第二光学镜头均与海面法线具有夹角α，夹角α为15°～45°，第一光学镜头朝向天空方向，用于采集天空的热辐射信号，第二光学镜头朝向海面方向，用于采集海水表面的热辐射信号，第一光学镜头、第二光学镜头分别与第一光电探测器、第二光电探测器连接，第一光电探测器、第二光电探测器分别将天空的热辐射信号、海水表面的热辐射信号转换为电信号，第一光电探测器、第二光电探测器与数据处理模块连接，数据处理模块包括微处理器、滤波器、信号放大器、a/d转换器、运算器和存储器，微处理器采用型号为stm32f103的微处理器，存储器采用型号为sst26vf064b的存储器，经过第一光电探测器、第二光电探测器，热辐射信号转换为电信号，进入数据处理模块，经滤波、放大、a/d转换以及数据处理，反演计算得到海水表面的温度，数据处理模块与数据传输模块连接，数据传输模块通过rs485接口、蓝牙、wifi、gsm、gprs、3g、4g、或5g方式将温度数据发射至数据接收终端，数据接收终端为手机、或电脑，无需操作人员现场读数和记录；电源模块与第一光电探测器、第二光电探测器、数据处理模块、数据传输模块连接，电源模块是锂电池。

上述的数据处理模块、电源模块、数据传输模块可集成在一块电路印制板上安装在所述的壳体内。

所述的水体表面温度遥测装置，其还包括温度智能控制器，温度智能控制器由温度传感器、控制器、风扇和加热器组成，温度传感器与控制器的信号输入端连接，风扇、加热器与控制器的信号输出端连接；温度智能控制器固定安装在壳体4内，能够保证壳体内部的温度在18℃～20℃范围内，有效去除环境温度对遥测装置的影响。

在室温条件下(18～20℃)，根据普朗克定律，利用黑体炉对本实用新型水体表面温度遥测装置的理想温度-辐射出射度曲线进行分段线性化，拟合得到电压-温度标定曲线；采用高精度的接触式测温仪获取水体表面温度，对应上述电压-温度标定曲线，计算得到理想电压值va，上述内容为现有技术；再将本实用新型水体表面温度遥测装置的第一光学镜头对准水体表面，并通过遮挡遥测装置和测试面避免引入大气辐射，获得实际电压值vb，则水体发射率ε＝vb/va，测得水体发射率。

本实用新型水体表面温度遥测装置，其通过第一光学镜头得到大气辐射对应的电压值vsky；通过第二光学镜头得到对应的电压值vtotal，该值为水体表面辐射与大气辐射经水体表面反射后的总和，即

vtotal＝εvsea+(1-ε)vsky

则，

通过上式得到水体表面辐射对应的电压值vsea，再利用上述的电压-温度标定曲线即可得到水体表面温度值。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，而非对本实用新型的限制，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的专利保护范围之内。

技术特征：

1.一种水体表面温度遥测装置，其特征是：其通过与海面垂直的立杆固定安装在海岸边，包括第一光学镜头、第二光学镜头、第一光电探测器、第二光电探测器、数据处理模块、数据传输模块以及提供电能的电源模块，用于采集天空的热辐射信号的第一光学镜头、用于采集海水表面的热辐射信号的第二光学镜头均与海面法线具有夹角α，第一光学镜头、第二光学镜头分别与第一光电探测器、第二光电探测器连接，第一光电探测器、第二光电探测器与数据处理模块连接，数据处理模块与数据传输模块连接，数据传输模块通过rs485接口、蓝牙、wifi、gsm、gprs、3g、4g、或5g方式将温度数据发射至数据接收终端；电源模块与第一光电探测器、第二光电探测器、数据处理模块、数据传输模块连接。

2.根据权利要求1所述的水体表面温度遥测装置，其特征是：其第一光学镜头、第二光学镜头只透射波长为8～14μm波段的红外辐射。

3.根据权利要求1所述的水体表面温度遥测装置，其特征是：其第一光学镜头、第二光学镜头与海面法线的夹角α为15°～45°。

4.根据权利要求1所述的水体表面温度遥测装置，其特征是：其第一光电探测器、第二光电探测器均为光伏探测器。

5.根据权利要求1所述的水体表面温度遥测装置，其特征是：其电源模块是锂电池。

6.根据权利要求1所述的水体表面温度遥测装置，其特征是：其数据接收终端为手机、或电脑。

7.根据权利要求1所述的水体表面温度遥测装置，其特征是：其还包括温度智能控制器，温度智能控制器由温度传感器、控制器、风扇和加热器组成，温度传感器与控制器的信号输入端连接，风扇、加热器与控制器的信号输出端连接。

技术总结
本实用新型公开一种水体表面温度遥测装置，其通过与海面垂直的立杆固定安装在海岸边，包括第一光学镜头、第二光学镜头、第一光电探测器、第二光电探测器、数据处理模块、数据传输模块以及提供电能的电源模块，用于采集天空热辐射信号的第一光学镜头、用于采集海水表面热辐射信号的第二光学镜头均与海面法线具有夹角，第一、第二光学镜头分别与第一、第二光电探测器连接，第一、第二光电探测器与数据处理模块连接，数据处理模块与数据传输模块连接，数据传输模块将温度数据发射至数据接收终端。本实用新型具有非接触式优点，提高了测量精度，使用效果好，而且有效消除了大气辐射、环境变化等因素带来的影响。

技术研发人员：刘清和
受保护的技术使用者：珩信(洛阳)智能科技有限公司
技术研发日：2020.06.29
技术公布日：2020.12.25