本实用新型涉及一种水下成像观测装置，尤其是一种观测角度可调的水下成像观测装置，用于对海水中气泡、悬浮颗粒物、浮游物等进行成像观测，属于水样观测技术领域。
背景技术：
目前，对于海水中气泡、悬浮颗粒物、浮游物等微小物体的分布状态以及粒径尺寸通常采用声散射方法或者光学投影方法来观测。其中，在采用声散射方法对气泡参数进行检测的过程中，所需使用的设备结构相对简单，检测方便，但受环境噪声影响比较大，检测精度低，在解决流场中气泡的空间分布(如速度和粒径等)问题时，很难达到良好的效果。光学投影方法是目前用来研究气泡参数的主要方法，其检测设备相对复杂，成本高，但是成像精度高，可以获得很清晰的气泡图像。
目前，基于光学投影方法设计的气泡观测装置大多仅适用于实验室环境，需要将待测水域的水样提取上来，转移至岸上或船上进行气泡参数的相关检测，但是水样在提取的过程中，溶解在水样中的气体会发生各种损失，继而导致测量结果的不准确。公开号为cn105158124b的中国发明专利公开了一种气泡图像原位采集装置，利用光学投影的原理，可以对溶解在待测水域中的气泡图像实现原位采集，测量结果较为精确；但是该专利的光源组件与光电成像组件位置固定，进行成像观测时只能观测到光源组件正前方的水样范围，观测邻近的周边水样时需要调节整套装置的下潜深度才能实现，降低了观测效率。因此，如何提供一种观测角度可调式水下成像观测装置对本领域技术人员来说是亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种观测角度可调式水下成像观测装置，提高观测效率。
为实现上述目的，本实用新型提供一种观测角度可调式水下成像观测装置，包括支架以及安装在支架上的观测部件，所述支架包括底座与固定安装在底座上的u形架，所述观测部件包括光源组件与光电成像组件，其特征在于，所述底座上端固定连接有电缸，所述电缸输出端固定连接有移动圆台，所述底座上端移动圆台两侧对称设置有一对t形支架，所述t形支架上端开设有t形滑槽，所述t形滑槽内滑动安装有与其滑动配合的滑块，所述滑块靠近移动圆台的一端固定连接有移动杆，远离移动圆台的一端固定连接有弹簧，所述弹簧的另一端固定连接限位板，所述限位板固定安装在t形支架上，所述滑块上端固定设置有带有圆孔的连接头，所述连接头与连板一端转动连接，所述连板另一端与移动块下端的圆柱凸台转动连接，所述移动块滑动安装于u形架上端开设的矩形槽内，所述连板一侧面固定连接有夹持件，所述夹持件由弹性材料制成，两个所述夹持件内分别安装光源组件与光电成像组件，所述光源组件中心轴线与光电成像组件中心轴线的交点始终位于一条铅垂线上。
进一步的，所述u形架的上端固定连接有吊放扣以及两个对称设置的挂环，所述挂环通过绳索与水面上的浮球连接。
进一步的，所述电缸外部设置有密封部件，所述密封部件为密封壳体或者密封套。
进一步的，所述滑块的截面为t形且其尺寸与t形滑槽截面尺寸相等。
进一步的，所述弹簧始终处于压缩状态，以保证移动杆始终与移动圆台接触。
进一步的，所述移动杆靠近所述移动圆台的一端为半球形，因此，所述移动杆与所述移动圆台的圆锥面之间为高副点接触，相对运动过程中能够有效降低磨损，进而延长使用寿命。
进一步的，所述光源组件中设置有第一密封舱体，所述第一密封舱体包括呈圆筒状的第一外壳以及安装在外壳两端的第一端盖，在与所述光电成像组件相邻的一侧端盖上安装有透明玻璃，以使光源发出的光线能够透射出来，照射待测水样。所述第一密封舱体中设置有电路支架，在所述电路支架上安装有光源和光源调制电路，所述光源调制电路调节所述光源的发光强度。
进一步的，所述光源调制电路中设置有电压转换电路、主控单元、串口通信电路和连接所述光源的恒流源驱动电路；所述电压转换电路接收岸边或者船舶提供的供电电源，并对所述供电电源进行电压转换后，输出至主控单元、恒流源驱动电路和串口通信电路；所述串口通信电路与上位机通信，接收控制信号并传输至所述的主控单元，所述主控单元根据接收到的控制信号调节其输出至恒流源驱动电路的pwm信号的占空比，进而通过恒流源驱动电路调整所述光源的发光强度。
进一步的，所述光电成像组件中设置有第二密封舱体以及安装在所述第二密封舱体中的支架，所述第二密封舱体包括呈圆筒状的第二壳体以及安装在壳体两端的第二端盖，在与所述光源组件相邻的一侧端盖上安装有透明玻璃，所述支架上安装有光电成像器件和电压转换电路，所述电压转换电路接收岸边或者船舶提供的供电电源，并对所述供电电源进行电压转换后，输出至所述光电成像组件；所述光电成像组件将采集到的图像数据上传至上位机。
本实用新型具有如下优点：通过电缸带动移动圆台上下运动，驱动与其高副点接触配合的一对移动杆带动滑块水平运动，滑块将运动传递到与其转动连接的连板以及与连板转动连接的移动块，安装在与连板固定连接的夹持件内的光源组件与光电成像组件的角度随连板的运动同步变化，实现了水下观测角度可调的目的，提高了观测效率。
附图说明
图1：一种观测角度可调式水下成像观测装置的结构示意图；
图2：一种观测角度可调式水下成像观测装置的系统电路原理框图。
符号说明：
1、底座，2、u形架，3、电缸，4、移动圆台，5、t形支架，6、滑块，7、移动杆，8、弹簧，9、限位板，10、连板，11、夹持件，12、光源组件，13、光电成像组件，14、移动块，15、吊放扣，16、挂环，17、绳索，18、浮球。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明：
如图1-图2所示，本实用新型一种观测角度可调式水下成像观测装置，包括支架以及安装在支架上的观测部件，其中，支架包括底座1与固定安装在底座1上的u形架2，观测部件包括光源组件12与光电成像组件13，底座1上端固定连接有外部有密封装置的电缸3，具体的，电缸3外部设置有密封部件，密封部件为密封壳体或者密封套。电缸3输出端固定连接有移动圆台4，通过电缸3的输出端上下运动进而实现移动圆台4的上下运动。底座1上端移动圆台4两侧对称设置有一对t形支架5，t形支架5上端开设有t形滑槽，t形滑槽内滑动安装有与其滑动配合的滑块6，滑块6的截面为t形且其尺寸与t形滑槽截面尺寸相等。滑块6靠近移动圆台4的一端固定连接有移动杆7，远离移动圆台4的一端固定连接有弹簧8，弹簧8的另一端固定连接限位板9，限位板9固定安装在t形支架5上，其中，弹簧8始终处于压缩状态，以保证移动杆7始终与移动圆台4接触，其中，移动杆7靠近移动圆台4的一端为半球形，因此移动杆7与移动圆台4的圆锥面之间为高副点接触，相对运动过程中能够有效降低磨损，进而延长使用寿命。滑块6上端固定设置有带有圆孔的连接头，连接头与连板10一端转动连接，连板10另一端与移动块14下端的圆柱凸台转动连接，移动块14滑动安装于u形架2上端开设的矩形槽内，连板10一侧面固定连接有夹持件11，夹持件11由弹性材料制成，两个夹持件11内分别安装光源组件12与光电成像组件13，光源组件12中心轴线与光电成像组件13中心轴线的交点始终位于一条铅垂线上。u形架2的上端固定连接有吊放扣15以及两个对称设置的挂环16，挂环16通过绳索17与水面上的浮球18连接。
当本实用新型的水下成像观测装置需要投放至待测水域时，通过吊放装置起吊u形架2上端的吊放扣15，从而水下成像观测装置吊放至待测水域中进行成像观测。当本实用新型的水下成像观测装置需要投放至待测深度时，通过调节浮球18下方的绳索17长度进而使该水下成像观测装置到达并停留在所要求的深度，以进行气泡、悬浮颗粒物、浮游物的图像的原位采集。
当本实用新型的水下成像观测装置需要进行观测角度调解时，岸边或者船舶上的控制箱会通过电缸3带动移动圆台4上下运动，驱动与其高副点接触配合的一对移动杆7带动滑块6水平运动，滑块6将运动传递到与其转动连接的连板10以及与连板10转动连接的移动块14，安装在与连板10固定连接的夹持件11内的光源组件12与光电成像组件13的角度随连板10的运动同步变化，同时移动块14随之在上下运动，在运动过程中，光源组件12中心轴线与光电成像组件13中心轴线的交点始终位于一条铅垂线上，本实用新型实的观测装置实现了水下观测角度可调的目的，提高了观测效率。
具体的，为了使光源组件12能够适应水下工作环境，光源组件12中设置有第一密封舱体，第一密封舱体包括呈圆筒状且为不锈钢材质的第一外壳以及安装在外壳两端的第一端盖，在与光电成像组件13相邻的一侧端盖上安装有透明玻璃，以使光源发出的光线能够透射出来，照射待测水样。第一密封舱体中设置有电路支架，在电路支架上安装有光源和光源调制电路，光源调制电路调节光源的发光强度。由于水下光线不足，为了摄取到清晰的图像，需要对待测水域进行光照，以提高待测水域的亮度。为此，本实施例在光源组件12中设置了光源和光源调制电路，通过光源调制电路调节光源的发光强度，以适应不同亮度的检测环境。
此外，为了对光源的发光亮度进行调节，在光源调制电路中设置有电压转换电路、主控单元、串口通信电路和连接光源的恒流源驱动电路，如图2所示。电压转换电路接收岸边或者船舶提供的供电电源，并对供电电源进行电压转换后，输出至主控单元、恒流源驱动电路和串口通信电路；串口通信电路与上位机通信，接收控制信号并传输至的主控单元，主控单元根据接收到的控制信号调节其输出至恒流源驱动电路的pwm信号的占空比，进而通过恒流源驱动电路调整光源的发光强度。具体的，电压转换电路通过电源线缆连接供电电源vcc，供电电源vcc可以由船舶或者岸边的电源提供，例如48v的直流电源，通过电压转换电路转换成主控单元、通信电路和恒流源驱动电路所需的工作电源，例如24v的直流电源，为主控单元、串口通信电路和恒流源驱动电路供电。串口通信电路作为水上的上位机与水下成像观测设备之间的数据接口电路，一方面通过信号线缆连接上位机，具体可以连接至上位机中的系统控制单元，或者采用无线通信的方式与上位机进行数据的无线传输，以接收系统控制单元发出的控制指令，例如光源亮度的调节指令。在本实施例中，以串口通信的方式与上位机进行数据通讯，串口通信电路将接收到的控制指令传输至主控单元，主控单元根据接收到的控制指令调节其输出的pwm信号的占空比，对恒流源驱动电路输出的驱动电源进行调节，继而实现调节光源发光强度的功能。
需要说明的是，为了达到节约能源，提高光源发光强度的设计目的，本发明优选使用多个led灯珠组成的光源，以进一步起到缩小装置整体尺寸的作用，同时，led灯珠组成的led光源，发射可见光，并同时起到降低光源工作温度的作用。
具体的，为了使光电成像组件13能够适应水下工作环境，本实用新型的光电成像组件13中设置有第二密封舱体以及安装在第二密封舱体中的支架，第二密封舱体包括呈圆筒状且为不锈钢材质的第二外壳以及安装在壳体两端的第二端盖，在与光源组件12相邻的一侧端盖上安装有透明玻璃，以使光电成像器件13能够拍摄到待测水样中的气泡、悬浮颗粒物、浮游物的图像。支架上安装有光电成像器件和电压转换电路，电压转换电路接收岸边或者船舶提供的供电电源vcc，例如48v的直流电源，并对供电电源进行电压转换后，转换为光电成像组件13所需的工作电源，例如24v的直流电源，然后输出至光电成像组件13为其供电；光电成像组件13将采集到的图像数据上传至上位机，如图2所示。
在本实施例中，光电成像组件13优选采用高分辨率的工业相机和高分辨率的镜头组成，用于获取待测水样中气泡、悬浮颗粒物、浮游物的原位图像，并生成图像数据，通过数据线缆上传至上位机。上位机利用其数据获取与处理单元对接收到的图像数据进行处理和分析，计算出气泡、悬浮颗粒物、浮游物的参数，并可为用户提供图形化的统计结果。当然，为了达到远程监控的目的，也可以在光源组件12和光电成像组件13中内置无线通信模块，采用无线通信的方式实现控制指令以及图像数据的无线传输。对于光源组件12和光电成像组件13中各用电负载所需的工作电源，则可以采用内置电池的方式进行独立供电。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
1.一种观测角度可调式水下成像观测装置，包括支架以及安装在支架上的观测部件，所述支架包括底座与固定安装在底座上的u形架，所述观测部件包括光源组件与光电成像组件，其特征在于，所述底座上端固定连接有电缸，所述电缸输出端固定连接有移动圆台，所述底座上端移动圆台两侧对称设置有一对t形支架，所述t形支架上端开设有t形滑槽，所述t形滑槽内滑动安装有与其滑动配合的滑块，所述滑块靠近移动圆台的一端固定连接有移动杆，远离移动圆台的一端固定连接有弹簧，所述弹簧的另一端固定连接限位板，所述限位板固定安装在t形支架上，所述滑块上端固定设置有带有圆孔的连接头，所述连接头与连板一端转动连接，所述连板另一端与移动块下端的圆柱凸台转动连接，所述移动块滑动安装于u形架上端开设的矩形槽内，所述连板一侧面固定连接有夹持件，所述夹持件由弹性材料制成，两个所述夹持件内分别安装光源组件与光电成像组件，所述光源组件中心轴线与光电成像组件中心轴线的交点始终位于一条铅垂线上。
2.根据权利要求1所述的水下成像观测装置，其特征在于，所述u形架的上端固定连接有吊放扣以及两个对称设置的挂环，所述挂环通过绳索与水面上的浮球连接。
3.根据权利要求1所述的水下成像观测装置，其特征在于，所述电缸外部设置有密封部件，所述密封部件为密封壳体或者密封套。
4.根据权利要求1所述的水下成像观测装置，其特征在于，所述滑块的截面为t形且其尺寸与t形滑槽截面尺寸相等。
5.根据权利要求1所述的水下成像观测装置，其特征在于，所述弹簧始终处于压缩状态，以保证移动杆始终与移动圆台接触。
6.根据权利要求1所述的水下成像观测装置，其特征在于，所述移动杆靠近所述移动圆台的一端为半球形。
技术总结