(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210516452.X (22)申请日 2022.05.13 (71)申请人 中国海洋大学 地址 266100 山东省青岛市崂山区松岭路 238号 (72)发明人 胡连波　陈树果　薛程　史鑫皓　 张亭禄　 (74)专利代理 机构 青岛海昊知识产权事务所有 限公司 37201 专利代理师 刘艳青 (51)Int.Cl. G01C 13/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) B63C 11/52(2006.01) (54)发明名称 一种自由落体式海洋生物光学剖面测量系 统和方法 (57)摘要 本发明提供了一种自由落体式海洋生物光 学剖面测量系统和方法， 属于海洋观测技术领 域。 该测量系统结构主体包括浮体外壳、 嵌入浮 体外壳的主 浮体和基架， 还设有温度 ‑盐度‑深度 CTD传感器和叶绿素浓度和后向散射传感器； 且 靠近辐照度传感器一侧装有水下推进器， 使剖面 测量系统远离船只， 以避免船只对环 境光场的影 响。 本发明增加剖面测量系统的俯仰和横滚调节 装置， 使之在水中自由落体下降时保持竖直状 态， 提高数据质量； 根据剖面测量系统尺寸， 创新 性进行系统阴影校正， 提高数据质量； 增加温度 ‑ 盐度‑深度传感器和叶绿素浓度以及后向散射系 数传感器， 实现海洋生物光学多参数综合测量， 同时为辐亮度阴影校正 提供后向散射 参数。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 114623805 A 2022.06.14 CN 114623805 A 1.一种自由落体式海洋生物光学剖面测量系统， 其特征在于， 该系统结构主体由上至 下依次设有浮体外壳 （1） 、 嵌入浮体外壳 （1） 的主浮体 （2） 和基架 （3） ， 浮体外壳 （1） 起到 保护 主浮体 （2） 的作用， 所述主浮体 （2） 由空心玻璃 微珠组成， 起到系统稳定沉浮的作用， 所述基 架 （3） 呈中空的长方体状且位于主浮体 （2） 的下方， 起到支撑整个系统的作用， 浮体外壳 （1） 和基架 （3） 固定连接； 所述基架 （3） 的一外侧依次固定有第一固定卡带 （4） 和第二固定卡带 （7） ， 用于固定辐照度传感器 （5） ， 另一外侧对称依次固定有第三固定卡带 （10） 和第四固定 卡带 （11） ， 用于固定辐亮度传感器 （12） ； 所述浮体外壳 （1） 的下方、 和基架 （3） 的内侧设有温 度‑盐度‑深度CTD传 感器 （9） ， 该CTD传 感器 （9） 下方设有水平支撑杆 （14） ， 水平支撑杆 （14） 上设有配重和横滚角调节 块 （15） ； 所述基架 （3） 下方连接固定架 （16） ， 用于固定叶绿素浓度 和后向散射传感器ECO ‑FLBB （17） ； 且基架 （3） 的下方靠近辐照度传感器 （5） 一侧装有水下推 进器 （18） ， 使剖面测量系统远离船只， 以避免船只对环境 光场的影响。 2.如权利 要求1所述的测量系统， 其特征在于， 所述辐照度传感器 （5） 和基架 （3） 之间固 定有第一俯仰角调节 块 （6） ， 辐亮度传感器 （12） 和基架之间固定有第二俯仰角调节 块 （13） ； 俯仰角调节块中间有环形卡槽 （61） ， 卡槽中间有螺丝可以滑动， 可根据系统在水中状态调 整辐照度传感器的俯仰角， 并用螺 丝 （62） 锁紧。 3.如权利 要求1所述的测量系统， 其特征在于， 所述CTD传感器 （9） 由CTD固定箍 （8） 和浮 体外壳 （1） 连接固定 。 4.如权利要求1所述的测量系统， 其特征在于， 所述配重和 横滚角调节块 （15） 一方面用 于系统配重使之在水中呈负浮力， 根据配重大小调节下降速度在0.1 ‑1m/s； 另一方面调节 块可以左右 移动， 用于调节系统的横滚角。 5.如权利 要求1所述的测量系统， 其特征在于， 所述后向散射探测器ECO ‑FLBB （17） 的光 学窗口朝 下， 以避免环境光对测量结果的影响； 另外ECO ‑FLBB测量叶绿素浓度和后向散射 系数， 后向散射系数 是阴影校正中的必须参数。 6.如权利要求1所述的测量系统， 其特征在于， 所述基架 （3） 两侧通过螺孔和螺钉分别 和第一固定卡带 （4） ， 第二固定卡带 （7） ， 第三固定卡带 （10） ， 第四固定卡带 （11） ， 第一俯仰 角调节块 （6） ， 第二俯仰角调节块 （13） 连接 。 7.基于权利要求1所述的测量系统的一种自由落体式海洋生物光学剖面测量方法， 其 特征在于， 包括如下步骤： （1） 将辐照度传感器 （5） 、 辐亮度传感器 （12） 、 CTD传感器 （9） 和ECO ‑FLBB （17） 固定在基 架上； （2） 根据初步计算 安装配重和横滚角调节块 （15） ， 使 整个系统在水体中为负浮力； （3） 把系统放入水体 中， 观测其漂浮状态或下降速度， 根据实验要求确定是否增加或减 少配重和横滚角调节块 （15） 个数； （4） 观测系统在水中的姿态， 相应的调整第一俯仰角调节块 （6） 和第二俯仰角调节块 （13） ， 使辐照度传感器 （5） 和 辐亮度传感器 （12） 水中保持竖直状态； （5） 调节毕后将整体系统放入水中， 接通电源和电脑， 开启水下推进器， 使系统远离船 体向外漂出， 漂出20 ‑30m时， 关闭水 下推进器， 系统在重力作用下自由下降， 同时记录数据； （6） 所述系统下降至预定深度， 停止记录数据， 关闭电源； 再把系统拉至水面， 开始下个 测量， 或者回收到甲板 。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114623805 A 28.如权利要求7所述的一种自由落体式海洋生物光学剖面测量方法， 其特征在于， 所述 方法还包括后续收集数据的进一 步处理， 具体包括： （1） 辐照度数据处 理 辐照度漫射衰减系数计算 根据测量剖面向下光谱辐照度数据 ， 计算辐照度漫射衰减系数                        (1) 其中， λ为波长， z为深度； 海面入射辐照度计算 由上式计算的辐照度漫射衰减系数和 测量的剖面辐照度计算海面入射辐照度                (2) 其中， 为水气界面辐照度透过率， 一般取值 为0.03. (2) 辐亮度数据处 理 计算水体的吸 收系数 根据公式 （1） 计算的水体漫射衰减系数 和ECO‑FLBB测量的后向散射系数 ， 由下式通过 数值求解水体吸 收系数 ：     (3) 其中， 为太阳在水中的天顶角， 为与深度和太阳天顶角有关的经验系数； 计算阴影校正因子            (4) 其中， d为系统中心 距离辐亮度传感器外边 缘距离， Z0为辐亮度探测器长度； 辐亮度阴影校正                                   (5) 其中， 为阴影校正因子， 为测量的辐亮度，   为阴影校正后的辐亮度； 辐亮度漫射衰减系数计算                 (6) 离水辐亮度计算 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114623805 A 3