Science and Technology &Innovation ┃科技与创新
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2017年第12期
文章编号：2095－6835（2017）12－0021－02
李志增，刘加庆
（中国电子科技集团公司第四十一研究所，山东青岛266555）
摘要：为了应对现有光谱成像仪体积较大、需要复杂光学系统的问题，设计了一种基于光纤光学成像的轻型光谱成像仪。方案采用光学系统与探测器一体化封装，不仅可以有效降低光学系统的装调难度，还可以大大减小整个光谱成像仪的体积，使其更加牢固、抗震。结果表明，这个方案在不降低系统性能的同时消除了光谱串扰。关键词：光谱成像仪；轻质化；光谱串扰；探测器中图分类号：TH744.1
文献标识码：A
信号处理
DOI ：10.15913/jki.kjycx.2017.12.021
近年来，随着遥感探测、防伪检测和环境监测等的现代化发展，相关部门对用于分析、科学研究的光谱成像仪提出了小型化、轻量化、系统简单等要求。
目前，常用的光谱成像仪是由相机和光谱仪组成的，体积比较大，并且需要使用复杂的光学系统获取高质量的光谱成像数据。这一现状导致应用于现场环境的光谱成像仪需要采用额外的加固等措施，这显然限制了光谱成像技术的应用范围。为了解决这个问题，本文设计了一种基于光纤光学成像波导的轻型光谱成像仪，它解决了传统光谱成像仪体积大、需要复杂光学系统的问题，实现了光学系统与探测器一体化封装，有效降低了光学系统装调难度。另外，系统对振动和热效应不敏感，
可有效抑制分光组件的光谱串扰。
1方案设计
该系统主要由成像光学模块、光纤光学光谱成像与探测器模块、电子学系统、电源接口、时序/逻辑控制模块组成。本方案只能获取一维光谱数据和一维空间图像数据，需要依靠移动获取另一维空间图像数据。另外，本方案可集成到一维或二维转台等专用运动平台，以及无人机、汽车、轮船、飞机、气球等运动平台上，依靠载体运动并配以运动补偿算法等补偿机制，实现对不同目标的光谱成像观测，从而获取对应的三维立方数
据。数据经USB 接口与上位机软件通信，完成控制命令接收、数据上传等。
成像光学模块采用双高斯镜设计，与用于可见相机的商用镜头典型特性一致。它主要用于将入射光聚焦到光纤面板的渐变滤光片薄膜表面，并将入射光转换为光纤光学光谱成像所需的光束类型。光纤光学光谱成像与探测器模块主要由渐变滤光片薄膜、光纤光学波导、光学黏合剂、探测器阵列等组成。该模块作为核心模块，用于完成入射光的光谱分光与光谱成像，并将入射光信号转换为电信号。渐变滤光片薄膜、光纤光学波导和探测器阵列使用光学黏合剂黏合，形成一体化封装模块。这样做，可以显著提高入射光的耦合能力，消除光谱串扰，降低系统光学装调难度，极大地缩小封装尺寸。
电子学系统主要包括信号调理模块、探测器驱动电路、A/D 转换模块、乒乓缓存阵列、时序控制模块和USB 接口模块等。它负责完成探测器驱动、数据获取与采样、数据缓存与传输、与上位机通信、轻型成像光谱仪工作控制等。2实施实例
本方案给出的基于光纤光学成像波导的轻型成像光谱仪主要是由成像光学模块、光纤光学光谱成像与探测器模块、电子学系统、电源接口、时序/逻辑控制模块组成。其原理见图1.
图1光纤光学成像波导的轻型成像光谱仪原理框图
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3实验测试与验证
实验室中使用单仪输出光照射光纤滤波光谱仪（FFS ：fiber filter spectrometer ）样机方式测量FFS 样机的光谱串扰。当单仪输出聚焦到FFS 仪器特定光谱波段时，记录所有图像控制器象元的响应。实验装置如图2所示。中心波长为600nm 时的光谱响应如图3所示，图中对应中心波长的半高宽区域用星标出。由于半高宽区域内的象元理论上能响应单仪输出，因此，仅有半高宽以外区域的响应被当作串扰。半高宽外的响应降到最大响应的10-3或更小。这些图标表明，FFS 模块成功消除了光学串扰。
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2017年第12期
pe导电母粒
微生物检查
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文章编号：2095－6835（2017）12－0022－03
HC.WQX10-1气泡水位计在城市内涝监测应用浅析
梁计和
（广东省水文局佛山水文分局，广东佛山528000）
摘要：将HC.WQX10-1气泡水位计作为前端传感器，利用气泡式水位计非接触长距离可转弯探测气管的优点，将YCZ-2A-101作为遥测终端，构建城市内涝监测站技术方案，以解决城市下沉隧道安装内涝监测站的技术困难。这个方法效果理想，具有较好的推广和应用价值。
关键词：气泡水位计；遥测终端；下沉隧道；城市内涝中图分类号：P641.8；P335
文献标识码：A
DOI ：10.15913/jki.kjycx.2017.12.022
现代大中城市高楼林立，车水马龙，交通网密集，遇到特殊天气，比如强降雨时，容易引发城市内涝。
住建部数据显示，全国62%的城市发生过内涝，且频率有上升趋势。国家防总及各级三防部门对此非常重视，迫切组建城市内涝监测预警系统，以减少人们的生命财产损失。在此方面，广东省佛山水文分局已走在全省的前列，已建造成68个城市内涝监测站，基本上满足佛山城市内涝的监测和预警要求。本文即在城市内涝的监测和预警建设过程中，将遇到的一些困难和解决问题的经验总结出来，以期为日后的工作提供参考。
佛山城市内涝监测预警系统是在广东省水雨情遥测系统应用的基础上，启用YCZ-2A-101遥测终端加报功能，在水雨情
遥测系统接收平台上创建的，而城市内涝监测站建设则是系统
建设的关键技术之一，所以，对其建设提出以下要求：①安装地点选择在有代表性的水浸低洼地带；②安全、美观且不影响行人和车辆的通行；③有太阳光照射，以利于供电系统工作；④有够强的集网信号且受到的干扰小；⑤监测可靠性要高、精度要高；⑥具有防盗功能。
对于有代表性的水浸黑点，将电子水尺作为前端传感器，采用立杆式机箱安装，效果理想可靠。但是，下沉隧道是城市内涝最容易发生的地方，同时，这里也是发生内涝时最危险的地方。下沉隧道车多、路肩窄、没有太阳能、通信信号不好，在隧道的上层立杆安装遥测终端设备，使用HC.WQX10-1气泡
式水位计，利用测量气管可延长、可转弯的特点，把气室安装在隧道水浸的最低处，很好地解决了下沉隧道内涝监测和安装时的技术困难。
1仪器工作原理和主要技术指标1.1气泡水位计工作原理
气泡水位计是一种非接触式测量液位的传感器，由气室、气泵、气管、气阀、压力传感器、RTU 运算控制部件和输出部件组成，如图1所示。
图1气泡水位计工作原理示意图
气室安装在距离液体的深度为H 的地方，气泵通过气阀和气管向气室充气，管内气体通过气室排出，加电启动气泵到一段时间气泵停止充气，经过△T 时间后，气室和气管的气压达到平衡。这时，气室内的气压压强P 等于当时的大气压强P 0和液体深度产生的压强P h 之和，即P ＝P 0＋P h ，P h ＝H ×γ，
H
图2实验室测量光学串扰装置图3600nm 处测量的光学串扰图
4结束语
最终，本方案提出的基于渐变滤光片的超便携式光谱分析系统具有以下性能：①光谱分析系统的整机质量不大于400g ；②光谱分析系统的光谱分辨率优于1.5nm ；③光谱分析系统的尺寸不大于60mm×60mm×140mm 。本方案的相关技术可以实现轻型的成像光谱测量仪器，具有极高的灵敏度和完善的评价
体系。参考文献
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Instrument for skin imaging applieations.IEEE transactions on instrumentation andmeasurement ，2009，58（3）：631-638.————————
作者简介：李志增（1987—），男，主要从事光电测量相关领域的研究。
〔编辑：白洁〕
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