海洋光学光谱仪的作用

    海洋光学光谱仪测量海洋光学性质的仪器。它可分成两类:①测量海水固有光学性质的仪器。因为固有光学性质不受环境条件的影响,可采样在实验室中测量,也可在现场测量,故这类仪器又分为实验室仪器和现场测量仪器两种。②测量海水表观光学性质的仪器。因为表观性质都与环境有密切的关系,故必须在现场观测。
简史早在19世纪初,已开始用白色透明度盘确定自然光在海水中的垂直衰减(沉入水下的zui大可见深度)及海水的透明程度。由于这种方法简便,至今还使用它。1922年,V.E.谢尔福德和F.W.盖尔首次将光电池用于研究水中光辐射与太阳高度和水深的关系,以及透入海水中的光与海洋中的植物分布的关系。1936年,国际海洋开发委员会将海水的光透射率和垂直衰减的测定法标准化。50年代之后,光电技术的迅速发展,促使海洋光学仪器朝着深海探测、光谱分光、自动记录、微机控制和多功能的方向发展。
    测定固有光学性质的仪器主要包括线性衰减系数测定仪(和准直光透射率仪)、测定体积散射函数的β仪、测定总散射系数的b仪。其中的β仪和b仪,都称为水中光散射仪。 线性衰减系数测定仪测定准直光束在海水中衰减的仪器(图1)。从光源发出的光,经准直发射系统后成为准直光束,此光束在海水中经过光程r时受到衰减,然后被光电系统接收。测出透射率Tr,可根据确定海水的线性衰减系数μ。终端显示出μ值的仪器称为线性衰减系数测定仪,显示Tr的称为准直光透射率仪。
    由于海水的线性衰减系数和波长有关,故通常在光路中进行光谱分析。根据需要,较宽的分光可用玻璃滤光片(带宽 100nm左右);较窄的可用干涉滤光片(带宽10nm左右);精度更高的分光可用棱镜或光栅作色散元件。通常可测得透射率随波长变化的连续曲线。
     透射率Tr的测量误差主要有 4部分:①由于准直接收系统具有一定的视场角,因此接收到的辐射通量中包含了一部分很强的前向小角度散射光,使测得的透射率偏大。这是透射率测量的主要误差。一般可通过合理的光学系统设计来降低这种误差。②介质的多次散射光中,有一部分进入接收系统,使测量值偏大。若光束截面较小,可消除这种误差。③机械加工精度和材料热膨胀的影响,使水中光程测量不准而产生误差。故提高机械加工精度和选用热胀系数小的合适材料,可以减小这种误差。④光源的电压不稳定或光源的老化和光电器件灵敏度变化所引起的测量误差。采用双光束比较测量,可以完全消除这种误差。在海洋光学仪器中,广泛采用比较测量的方法。

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