专利名称：一种多通道窄光谱带的水下辐照度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量水下光谱辐照度的海洋光学测量仪器的传感受器部件。
水下光谱辐照度的测量技术一般有分光器测量和分立式多通道测量两种，而以分立式多通道测量技术较为成熟和可靠。《热带海洋》(1987)曾描述了一种可测量五个光谱段和白光的上/下行水下辐照度及其它一些参数的海水光学多参数测量仪，其光谱带宽在100nm以上。加拿大的Satlantic公司生产的SPMR型多通道辐射剖面测量仪(ProfilingMultichannel Radiometer)有13个光谱通道，这些仪器的每一个光谱通道都分别有一个余弦集光器窗口，形成多窗口结构。
按照水下光场理论，在水中进行测量的仪器，必然对自然光场产生影响，即测量仪器产生自阴影效应。计算得出自阴影效应的大小与传感器截面的直径D呈正相关关系，即D越大，自阴影效应越大。水下辐照度传感器的多窗口结构必然使截面积增大，从而使直径D增大，这使测量结果的误差也增大了。
本实用新型的目的针对现有多窗口结构的水下辐照度传感器所存在的缺点，提出一种单一余弦集光器窗口结构的多通道水下光谱辐照度传感器，尤其是多通道窄光谱带的水下辐照度传感器，以使水下光谱辐照度传感器截面的直径尽可能地小，从而减少仪器自阴影效应所带来的误差，提高测量的精度。
本实用新型的结构特点在于具有一圆筒状容器，该圆筒状容器内紧密排列安装不少于3个的分立光谱通道，每个光谱通道均为由截面为圆形的干涉滤光片与光电元件组合，圆筒状容器的上部装有一个由双凸形耐压窗玻璃和贴在该窗玻璃之上表面上的漫射片所构成的单一的余弦集光器，圆筒状容器的下方装有一水密电缆插座，所说的装有分立光谱通道的圆筒状容器在上盖和密封件配合下整体密封在一水密外壳内。
上述所说的各分立光谱通道是由于涉滤光片加上与之配合的光电元件的组合体，其截面为圆形，其中干涉滤光片配合光电元件的进光面积制造，使每一组合所占用的传感器截面面积最小。所说的各光谱通道在圆筒状容器内需要紧密地排列在一起，一般的要求是安装在圆筒状容器之中的各光谱通道的圆心在同一圆周上时，相邻分立光谱通道的圆周之间的最短距离不大于2mm，沿圆筒状容器径向的相邻光谱通道的圆周之间的最短距离也不大于2mm。
为实现本实用新型在窄光谱带条件下工作，所说的每一个光谱通道的光谱带宽一般设计要求为不大于10nm。
构成余弦集光器的双凸形耐压窗玻璃为上下凸形结构，由耐压玻璃材料或石英玻璃材料制成，贴在该窗玻璃上凸表面上的漫射片厚度为2-5mm。
本实用新型由于把余弦集光器窗口减少到一个，其水密结构所占的截面面积为最小，也即大大减小了水下光谱辐照度传感器截面的直径，有效地减少了仪器自阴影效应，提高了水下光谱辐照度测量精度达20％以上。而且由于把所有光谱通道的干涉滤光片和光电元件的组合安装在一个圆筒状容器内，使其成为一个整体，再把圆筒状容器整体密封在水密外壳内，使整个传感器结构更为紧凑精密。
图1为本实用新型的结构剖视图；图2为图1的A-A剖视图。
以下结合附图对本实用新型的实施方案作进一步的详细说明本多通道窄光谱带的水下辐照度传感器的结构见图1，在其A-A向剖面上(图2)，一个小圆12表示一个光谱通道，为一圆形的干涉滤光片与相应的光电元件的组合件，其光谱能道的光谱带宽不大于10nm，中心波长定位偏差±1nm。本实施例共有12个分立的光谱通道，分两层紧密地排列在一起，安装在圆筒状容器6内，圆筒状容器6截面的圆心为O，每一个光谱通道12的圆心为P。一般来说，当光谱通道12的数目≤6时，各个光谱通道12的圆心P均位于以O为圆心，以r为半径的圆周上，此时紧密排列要求相邻两个光谱通道12的圆周之间的最小距离小于2mm；当分立光谱通道12的数目＞6时，各分立光谱通道分层排列，此时，除要求排列在外层的以O为圆心，以r为半径的圆周上的各光谱通道(圆心为P)，其相邻两个光谱通道的圆周之间的最小距离小于2mm，还要求沿OP径向两层光谱通道的圆周之间的最小距离也小于2m。本实施例的12个分立光谱通道12分两层排列，外层9个，内层3个，按上述排列原则紧密排列。上述圆筒状容器6用沉头螺钉7与水密电缆插座9相连，再通过压紧螺母8固定在水密外壳11之内，圆筒状容器6之上是双凸形耐压窗玻璃4，该窗玻璃的厚度应能承受水下辐照度传感器最大测量水深的压力。窗玻璃4的上部贴有一片漫射片1，使整个传感器的光学部件对入射光辐射的响应尽可能符合余弦规律。漫射片1和双凸形耐压窗玻璃4组成辐照度传感器的余弦集光器。窗玻璃4的水密由O型圈5，铅平垫圈3和上盖2实现，拧紧上盖2使O型圈5产生适当变形，压紧窗玻璃4和水密外壳11的凸部，使水不能进入壳体内。铅平垫圈3的作用是在拧紧上盖2时，起缓冲作用，避免窗玻璃受上盖金属的硬压而损伤。水下辐照度测量仪的主机通过圆筒状容器6的下方水密电缆插座9向辐照度传感器提供电源和接受各通道的电信号。本辐照度传感器下部的水密封由水密外壳11下部水密盖10完成。
与SPMR型多通道辐射剖面测量仪比较SPMR安装13个光谱通道，传感器截面的直径为89mm；本实施方案安装12个光谱通道，截面直径只有52mm，直径减少41.5％，从而使水下辐照度的测量精度大大提高。水下辐照度对海洋生物、海水表层热结构、海洋生态环境、海洋光-化学反应和海洋水色遥感都是很有用的参数，因此，水下辐照度测量传感器测量精度的提高具有重要实用意义。
权利要求1．一种多通道窄光谱带的水下辐照度传感器，其特征在于具有一圆筒状容器(6)，该圆筒状容器内紧密排列安装不少于3个的分立光谱通道(12)，每个光谱通道(12)均为由截面为圆形的干涉滤光片与光电元件组合，圆筒状容器的上部装有一个由双凸形耐压窗玻璃(4)和贴在该窗玻璃之上表面上的漫射片(1)所构成的单一的余弦集光器，圆筒状容器的下方装有一水密电缆插座(9)，所说的装有分立光谱通道(12)的圆筒状容器(6)在上盖(2)和密封件配合下整体密封在一水密外壳(11)内。
2．根据权利要求1所述的多通道窄光谱带的水下辐照度传感器，其特征在于安装在圆筒状容器(6)之中的各光谱通道(12)的圆心在同一圆周上时，相邻光谱通道的圆周之间的最短距离不大于2mm，沿圆筒状容器径向的相邻光谱通道的圆周之间的最短距离也不大于2mm。
3．根据权利要求1所述的多通道窄光谱带的水下辐照度传感器，其特征在于所说的每一个光谱通道(12)的光谱带宽不大于10nm。
专利摘要一种多通道窄光谱带的水下辐照度传感器，由单一的余弦集光器窗口和不少于3个的分立光谱通道组成，每个光谱通道均为由截面为圆形的干涉滤光片与光电元件的组合，其光谱带宽不大于10nm，各分立光谱通道紧密排列在一圆筒状容器内，并由上盖和密封件配合整体密封在一水密外壳内。本实用新型大大减小了辐照度传感器截面的直径，从而有效地减少了仪器自阴影效应，提高了水下光谱辐照度测量精度达20%以上。而且整个传感器结构更为紧凑精密。
文档编号H01L31/00GK2353053SQ98247738
公开日1999年12月8日 申请日期1998年12月21日 优先权日1998年12月21日
发明者曹文熙, 邓崇仁, 柯天存, 钟其英, 卢桂新, 杨跃忠, 吴廷芳 申请人:中国科学院南海海洋研究所