基于旋轉光譜儀的極地海冰多層位光譜輻射測量系統的制作方法

本發明涉及一種光譜測量系統，具體涉及一種基于旋轉光譜儀的極地海冰多層位光譜輻射測量系統。

背景技術：

極地氣候和極地海冰環境近幾十年來正發生著巨大變化，其中海冰由于其對于極地海洋生態系統、極地上層海洋過程、大氣-海冰-海洋相互作用以及全球氣候變化等方面均具有重要意義，因此成為極地研究的熱點。有研究表明在過去的幾十年中北極海冰正發生著顯著的變化，其原因是由幾十年來北極地區發生的熱力學變化和海冰循環變化共同作用的結果，這其中太陽輻射占據了舉足輕重的作用。北極冰雪的大量融化、表面融池的增加造成了整體反照率的降低，加速海冰的融化以及海冰組成結構的變化。海冰覆蓋范圍的減少造成更多的太陽輻射能夠被海洋吸收和利用，對上層海洋過程也會造成顯著影響。同時，海冰內部太陽輻射對冰藻的生長、繁殖和分布也會造成重要影響，進而影響以冰藻為食的浮游動物的豐度和群落結構。綜上，對海冰環境太陽輻射，尤其是不同層位太陽輻射變化情況進行長期原位測量，對于幫助解決上述物理、生物、生態等科學問題具有重要意義。

長久以來，由于受到現有觀測方法和觀測設備的限制，極地海冰環境多層位太陽輻射數據非常缺乏，長期連續數據更是沒有。國內外研究學者對極地海冰環境中光學參數的測量絕大部分是圍繞著冰上以及冰下太陽輻射強度展開，采用的方式以人工短期測量為主。隨著科學技術的進步，近年來也有少量研究采用自動化裝備進行測量，僅有為數不多的研究測量了海冰內部太陽輻射強度剖面，不過這些研究采用的技術往往對海冰的原位環境破壞較大，并且不能對同一地點進行長期原位測量，因此本發明有望填補這一技術空白，從而推進我國極地海洋裝備技術的發展和進步。

技術實現要素：

本發明克服了現有技術中的缺點，目的在于提出了一種基于旋轉光譜儀的極地海冰多層位光譜輻射測量系統，其體型較小，工作穩定，可以實現長期、原位、動態監測多層位太陽輻射，并且監測效果好。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案實現的：一種基于旋轉光譜儀的極地海冰多層位光譜輻射測量系統，所述測量系統包括均設在密封艙內的輻射信號耦合裝置、光譜儀、電源、主控子系統、光電編碼器、機械傳動裝置、伺服電機、光譜儀固定塊、光纖接口/固定裝置；所述電源與主控子系統相連，為其提供工作電壓；所述輻射信號耦合裝置和光譜儀通過光纖相連，所述光譜儀和輻射信號耦合裝置通過光譜儀固定塊安裝在機械傳動裝置的旋轉主軸上，所述光電編碼器設在機械傳動裝置的旋轉主軸上，所述伺服電機與機械傳動裝置相連，所述光譜儀、光電編碼器和伺服電機均與主控子系統相連。

進一步地，所述光纖接口/固定裝置上開有12個呈均勻圓周陣列分布的標準光纖接口，用于與外部光纖相連。

進一步地，所述輻射信號耦合裝置為一面消色差雙合透鏡，所述消色差雙合透鏡的焦點與光譜儀的入口光纖端面圓心重合；當所述光譜儀指向一根固定于光纖接口/固定裝置上的一根外部光纖時，消色差雙合透鏡的另一側焦點與該外接光纖端面圓心重合。

進一步地，所述機械傳動裝置包括旋轉主軸和傳動軸，所述旋轉主軸和傳動軸均通過軸承支承在密封艙內，所述旋轉主軸上固定安裝有從動錐齒輪，所述傳動軸上固定安裝有主動錐齒輪，所述從動錐齒輪和主動錐齒輪嚙合傳動，所述傳動軸通過聯軸器與伺服電機相連。

進一步地，所述光譜儀固定塊上開有一個通孔，直徑與主旋轉軸直徑相同，光譜儀固定塊固定套設在主旋轉軸上。

進一步地，所述主控子系統包括微處理器模塊、數據存儲模塊、光譜儀控制模塊和伺服電機控制模塊；其中，所述數據存儲模塊、光譜儀控制模塊和伺服電機控制模塊均與微處理器模塊相連；所述伺服電機控制模塊分別與光電編碼器和伺服電機相連，用于自動接收并判斷光電編碼器所產生的脈沖，并根據脈沖數量來發出指令，控制伺服電機正轉或反轉，使得輻射信號耦合裝置和光譜儀能夠轉到預先設定的測量位置；所述光譜儀控制模塊與光譜儀相連，控制并接收光譜儀進行光譜數據測量；所述數據存儲模塊用于存儲光譜儀控制模塊接收到的光譜數據測量。

進一步地，所述微處理器模塊包括單片機芯片IC2，晶振X1，編程口插座PL1，電容C2、C3、C4、C5、C8、C9、C10、C11、C12、C14；晶振X1的一端和電容C4的一端均與單片機芯片IC2的第一內部時鐘輸入端口連接，晶振X1的另一端和電容C3的一端均與單片機芯片U1的第二內部時鐘輸入端口連接，電容C3的另一端和電容C4的另一端相連；編程口插座PL1用于擴展服務，通過IO端口與單片機芯片IC2相連；單片機芯片IC2的電源端口均與電源相連；所述電容C2、C9、C5、C12、C14、C11、C8、C10的一端均與電源相連，另一端均接地；單片機芯片IC2的接地端口均接地。

進一步地，數據存儲模塊包括選通控制芯片D2，SD卡SK1，三極管TR9，非極性電容C31，電阻R27；所述選通控制芯片D2的第一通道和SD卡數據輸出端相連后與單片機芯片IC2的數據輸入端口相連，第二通道和SD卡時鐘信號輸入端相連后與單片機芯片IC2的時鐘信號輸出端口相連，第三通道和SD卡數據輸入端相連后與單片機芯片IC2的數據輸出端口相連，第四通道和SD卡片選端口相連后與單片機芯片IC2的使能信號輸出端口相連，第五通道和非極性電容C31一端相連后分別與三極管TR9的集電極和SD卡的驅動電源端相連；非極性電容C31的另一端接地；三極管TR9的發射極與電源相連；電阻R27的一端與單片機芯片IC2的SD卡使能信號輸出端口相連，另一端與三極管TR9的基極相連；選通控制芯片D2的接地端口和SD卡的接地端口均接地。

進一步地，所述光譜儀控制模塊包括基準電壓源芯片IC11，放大芯片IC10A，IC10B，三極管TR11、TR12，非極性電容C28、C35、C36、C38、C39、C40、C41、C42，電阻R33、R34、R35、R38、R39，放大芯片IC9，模數轉換芯片IC8，光譜儀輸入插座SK3，三極管TR10，TR13，電容C27、C29、C30、C32、C33、C34、C37，電阻R28、R29、R30、R31、R32、R37；基準電壓源芯片IC11的電源輸入端和電容C39一端相連后與三極管TR11集電極相連；基準電壓源芯片IC11的電壓調整端與電容C42一端相連；基準電壓源芯片IC11的電壓補償端和電阻R41的一端相連；電容C38的一端與電阻R41的另一端相連，另一端和電容C40連接后與基準電壓源芯片IC11的電壓輸出端相連；基準電壓源芯片IC11的電壓輸出端和電容C41的一端相連后與放大芯片IC10A的通道輸入A正輸入端口相連；放大芯片IC10A的通道增益端口和電容C35一端相連后與三極管TR11的集電極相連；放大芯片IC10A的通道輸入A負輸入端口、電阻R34的一端以及放大芯片IC10A的通道輸出端口相連后作為參考電壓輸出端口；電阻R34的另一端、電容C36的一端以及電阻R35的一端相連后與放大芯片IC10B的通道輸入B正輸入端口相連；放大芯片IC10B的通道輸入B負輸入端口和放大芯片IC10B的輸出端口相連后與電源相連；電容C28一端與放大芯片IC10B的輸出端口相連，另一端接地；放大芯片IC10A和放大芯片IC10B的接地端口以及基準電壓源芯片IC11的接地端口均接地；電阻R39的一端和電阻R38相連后與光譜儀的輸出端相連，電阻R39的另一端與三極管TR12的基極相連；三極管TR12的集電極和三極管TR11的基極相連后與電阻R33的一端相連；電阻R33的另一端和三極管TR11的發射極相連后與輸入電源相連；三極管TR12的發射極、電容C39的另一端、電容C42的另一端、電容C40的另一端、電容C41的另一端、電容C35的另一端、電容C36的另一端、電容C28的另一端、電阻R38的另一端、電阻R35的另一端均接地；光譜儀輸入插座SK3的電子光學通道輸出端口和光譜儀的電子光學通道輸出端口相連后與單片機芯片IC2的電子光學通道輸入端口相連；光譜儀輸入插座SK3的成像通道輸出端口和光譜儀的成像通道輸出端口相連后與電阻R30的一端相連；光譜儀輸入插座SK3的參考電壓輸入端口和光譜儀的參考電壓輸入端口相連后與參考電壓輸出端口相連；光譜儀輸入插座SK3的增益通道輸入端口和光譜儀的增益通道輸入端口相連后與單片機芯片IC2的增益通道輸出端口相連；光譜儀輸入插座SK3的信號測試通道輸入端口和光譜儀的信號測試通道輸入端口相連后與單片機芯片IC2的信號測試通道輸出端口相連；光譜儀輸入插座SK3的時鐘信號輸入端口和光譜儀的時鐘信號輸入端口相連后與單片機芯片IC2的時鐘信號輸出端口相連；光譜儀輸入插座SK3的串行數據輸入端口和光譜儀的串行數據輸入端口相連后與單片機芯片IC2的串行數據輸出端口相連；光譜儀輸入插座SK3的串行時鐘輸入端口和光譜儀的串行時鐘輸入端口相連后與單片機芯片IC2的串行時鐘輸出端口相連；光譜儀輸入插座SK3的電源輸入端口和光譜儀的電源輸入端口相連后與電容C37的一端相連接；光譜儀輸入插座SK3的接地端口均接地；電容C37的另一端接地；電容C33一端和電容C34一端相連后與參考電壓輸入端口相連，電容C33的另一端和電容C34的另一端均接地；三極管TR13的集電極與光譜儀輸入插座SK3的電源輸入端口相連；三極管TR13的發射極和電阻R37一端相連后與電源相連；三極管TR13的基極和電阻R37的另一端相連后與電阻R32的一端相連；電阻R32的另一端與三極管TR10的集電極相連；三極管TR10的發射極接地；電阻R31的一端與三極管TR10的基極相連，另一端與單片機芯片IC2的光譜儀使能信號輸出端口相連；放大芯片IC9的通道輸入A正輸入端口和電阻R30另一端相連；電阻R29的一端和放大芯片IC9的通道輸入A負輸入端口相連，電阻R29的另一端和放大芯片IC9的通道輸出端口相連后與電阻R28一端相連；放大芯片IC9的通道增益端口和電容C32的一端相連后與參考電壓輸出端相連；電容C32的另一端接地；電阻R28的一端和電容C27的一端相連后與模數轉換芯片IC8正輸入端口相連；電容C27的另一端和放大芯片IC9的接地端口均接地；模數轉換芯片IC8負輸入端口和電容C30的一端相連后接地；模數轉換芯片IC8參考電壓輸入端口和電容C30的另一端相連后與參考電壓輸出端口相連；模數轉換芯片IC8工作電源輸入端口和電源相連；模數轉換芯片IC8模擬電源輸入端口和電容C29的一端相連后與電源相連；模數轉換芯片IC8數據輸出端口和單片機芯片IC2的數據輸入端口相連；模數轉換芯片IC8數據輸入端口和單片機芯片IC2的數據輸出端口相連；模數轉換芯片IC8時鐘信號輸入端口和單片機芯片IC2的時鐘信號輸出端口相連；模數轉換芯片IC8使能信號輸入端口和單片機芯片IC2的使能信號輸出端口相連；模數轉換芯片IC8接地端口與電容C29的另一端相連后接地。

進一步地，所述電源輸出5V高電平。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)具有創新性的采用旋轉光譜儀的方法實現光纖切換功能，較大程度上減少了所需光纖的長度，即減少了光信號的衰減，提高了光譜測量精度，且更值得注意的是，光纖不會因為頻繁扭轉導致疲勞破壞，提高了系統穩定性，同時還減少了所需安裝的透鏡個數，降低了成本；

(2)系統配置靈活，應用范圍廣。可以通過適當增加或減少外接光纖的數量來控制測量的層位數量；通過控制外接光纖的長度來控制每個層位的具體位置。同時，該系統可以實現空氣、海冰以及冰下水體三種不同介質中多個層位光譜輻射的測量；

(3)采用錐齒輪傳遞動力，使整個系統結構緊湊，有利于減小對后期投放該系統浮標載體尺寸的要求。

(4)采用消色差雙合透鏡作為輻射信號耦合裝置，使更多由光纖收集傳輸的輻射信號進入到光譜儀內部并提高信號的耦合程度，提高了光譜測量精度。

(5)采用溫度校正算法取代現有的恒溫加熱方法，移除了加熱元件，較大程度上減小了系統的功耗，提高了系統的連續工作能力。

附圖說明

圖1為本發明實施例的系統連接示意圖；

圖2為本發明實施例的內部傳動結構示意圖；

圖3為本發明實施例的光譜儀固定裝置結構示意圖；

圖4為本發明實施例的光纖接口/固定裝置側視圖；

圖5為本發明實施例的主控子系統結構示意圖；

圖6為本發明實施例的微處理器模塊電路圖；

圖7為本發明實施例的數據存儲模塊電路圖；

圖8為本發明實施例的光譜儀控制模塊的部分電路圖；

圖9為本發明實施例的光譜儀控制模塊的其余部分電路圖；

圖10為本發明的工作流程圖；

圖11為本發明的實際投放應用示意圖；

圖中，輻射信號耦合裝置1、光譜儀2、電源3、主控子系統4、光電編碼器5、機械傳動裝置6、伺服電機7、光譜儀固定塊8、光纖接口/固定裝置9、密封艙10、旋轉主軸601、主動錐齒輪602、從動錐齒輪603、聯軸器604。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式做進一步的說明。

如圖1和圖2所示，一種基于旋轉光譜儀的極地海冰多層位光譜輻射測量系統，所述測量系統包括均設在密封艙10內的輻射信號耦合裝置1、光譜儀2、電源3、主控子系統4、光電編碼器5、機械傳動裝置6、伺服電機7、光譜儀固定塊8、光纖接口/固定裝置9；所述電源3與主控子系統4相連，為其提供工作電壓；所述輻射信號耦合裝置1和光譜儀2通過光纖相連，所述光譜儀2和輻射信號耦合裝置1通過光譜儀固定塊8安裝在機械傳動裝置6的旋轉主軸上，所述光電編碼器5設在機械傳動裝置6的旋轉主軸上，所述伺服電機7與機械傳動裝置6相連，所述光譜儀2、光電編碼器5和伺服電機7均與主控子系統4相連。

如圖4所示，所述光纖接口/固定裝置9上開有12個呈均勻圓周陣列分布的標準光纖接口，用于與外部光纖相連。

所述輻射信號耦合裝置1為一面消色差雙合透鏡，所述消色差雙合透鏡的焦點與光譜儀2的入口光纖端面圓心重合。

當所述光譜儀2指向一根固定于光纖接口/固定裝置9上的一根外部光纖時，消色差雙合透鏡的另一側焦點與該外接光纖端面圓心重合。

如圖2所示，所述機械傳動裝置6包括旋轉主軸和傳動軸，所述旋轉主軸和傳動軸均通過軸承支承在密封艙10內，所述旋轉主軸上固定安裝有從動錐齒輪，所述傳動軸上固定安裝有主動錐齒輪，所述從動錐齒輪和主動錐齒輪嚙合傳動，所述傳動軸通過聯軸器與伺服電機7相連。

如圖3所示，所述光譜儀固定塊8上開有一個通孔，直徑與主旋轉軸直徑相同，光譜儀固定塊8固定套設在主旋轉軸上。所述光譜儀固定塊8具有配重功能，且其上所有孔的位置與大小均應根據臥式靜平衡計算實驗得出，保證輻射信號耦合裝置1、光譜儀2和光譜儀固定塊8裝配之后整體的質心與旋轉主軸的軸線重合，使得無論主旋轉軸轉動的角度多大，當主旋轉軸靜止時該部分都處于平衡狀態。

如圖5所示，所述主控子系統4包括微處理器模塊、數據存儲模塊、光譜儀控制模塊和伺服電機控制模塊；其中，所述數據存儲模塊、光譜儀控制模塊和伺服電機控制模塊均與微處理器模塊相連；所述伺服電機控制模塊分別與光電編碼器5和伺服電機7相連，用于自動接收并判斷光電編碼器5所產生的脈沖，并根據脈沖數量來發出指令，控制伺服電機7正轉或反轉，使得輻射信號耦合裝置1和光譜儀2能夠轉到預先設定的測量位置；所述光譜儀控制模塊與光譜儀2相連，控制并接收光譜儀2進行光譜數據測量；所述數據存儲模塊用于存儲光譜儀控制模塊接收到的光譜數據測量。

如圖6所示，所述微處理器模塊包括單片機芯片IC2，晶振X1，編程口插座PL1，電容C2、C3、C4、C5、C8、C9、C10、C11、C12、C14；晶振X1的一端和電容C4的一端均與單片機芯片IC2的第一內部時鐘輸入端口(端口85)連接，晶振X1的另一端和電容C3的一端均與單片機芯片U1的第二內部時鐘輸入端口(端口86)連接，電容C3的另一端和電容C4的另一端相連；編程口插座PL1用于擴展服務，通過IO端口與單片機芯片IC2相連；單片機芯片IC2中的其中5個控制信號輸入IO端口(端口16、30、31、32、96)與數據存儲模塊的5個控制信號輸入IO端口對應連接，使SD卡使能進行數據寫入與讀出工作；單片機芯片IC2中的另6個控制信號輸入IO端口(端口15、45、46、65、66、67、68)與第二光譜儀控制模塊的6個控制信號輸入IO端口對應連接，用于對光譜儀使能，控制其何時進行工作以及數據傳輸；單片機芯片IC2的10個電源端口(端口14、24、34、44、74、64、54、83、4、94)均與電源3相連，所述電容C2、C9、C5、C12、C14、C11、C8、C10的一端均與電源3相連，另一端均接地；單片機芯片IC2的接地端口(端口3、13、23、33、43、53、63、73、84、93)均接地；所述單片機芯片IC2可以采用AVR公司ATxmega128A1型號的產品但不限于此；當所述單片機芯片IC2上電之后，晶振也得電起振，為所述芯片IC2提供時鐘信號；同時所述芯片IC2上所標示的各個引腳將控制各個外部設備與芯片自身進行數據交換以及信號傳輸。

如圖7所示，數據存儲模塊包括選通控制芯片D2，SD卡SK1，三極管TR9，非極性電容C31，電阻R27；所述選通控制芯片D2由5個二極管組成，其第一通道(端口1)和SD卡數據輸出端(端口7)相連后與單片機芯片IC2的數據輸入端口相連，第二通道(端口3)和SD卡時鐘信號輸入端(端口5)相連后與單片機芯片IC2的時鐘信號輸出端口相連，第三通道(端口4)和SD卡數據輸入端(端口2)相連后與單片機芯片IC2的數據輸出端口相連，第四通道(端口5)和SD卡片選端口(端口1)相連后與單片機芯片IC2的使能信號輸出端口相連，第五通道(端口6)和非極性電容C31一端相連后分別與三極管TR9的集電極和SD卡的驅動電源端(端口4)相連；非極性電容C31的另一端接地；三極管TR9的發射極與3.3V高電平相連；電阻R27的一端與單片機芯片IC2的SD卡使能信號輸出端口相連，另一端與三極管TR9的基極相連；選通控制芯片D2的接地端口(端口2)和SD卡的兩只接地端口(端口3，6)均接地；所述選通控制芯片D2可選用ON Semiconductor公司，型號為SMF05C的產品，但不限于此；所述三極管TR9與電阻R27相連起到開關的作用；SD卡片選端口在接受單片機芯片IC2使能后SD卡才能進行數據傳輸；選通芯片D2起到控制各個通道閉合或開啟的作用；在工作時，單片機芯片IC2將SD卡工作開關打開，并發出低電平使能片選端口，SD卡通過SPI通信方式與單片機芯片IC2進行數據傳輸。

如圖8和圖9所示，所述光譜儀控制模塊包括基準電壓源芯片IC11，放大芯片IC10A，IC10B，三極管TR11、TR12，非極性電容C28、C35、C36、C38、C39、C40、C41、C42，電阻R33、R34、R35、R38、R39，放大芯片IC9，模數轉換芯片IC8，光譜儀輸入插座SK3，三極管TR10，TR13，電容C27、C29、C30、C32、C33、C34、C37，電阻R28、R29、R30、R31、R32、R37；基準電壓源芯片IC11的電源輸入端(端口2)和電容C39一端相連后與三極管TR11集電極相連；基準電壓源芯片IC11的電壓調整端(端口3)與電容C42一端相連；基準電壓源芯片IC11的電壓補償端(端口7)和電阻R41的一端相連；電容C38的一端與電阻R41的另一端相連，另一端和電容C40連接后與基準電壓源芯片IC11的電壓輸出端(端口8)相連；基準電壓源芯片IC11的電壓輸出端(端口8)和電容C41的一端相連后與放大芯片IC10A的通道輸入A正輸入端口(端口3)相連；放大芯片IC10A的通道增益端口(端口8)和電容C35一端相連后與三極管TR11的集電極相連；放大芯片IC10A的通道輸入A負輸入端口(端口2)、電阻R34的一端以及放大芯片IC10A的通道輸出端口(端口1)相連后作為參考電壓輸出端口；電阻R34的另一端、電容C36的一端以及電阻R35的一端相連后與放大芯片IC10B的通道輸入B正輸入端口(端口5)相連；放大芯片IC10B的通道輸入B負輸入端口(端口6)和放大芯片IC10B的輸出端口相連后與2.5V高電平相連；電容C28一端與放大芯片IC10B的輸出端口相連，另一端接地；放大芯片IC10A和放大芯片IC10B的接地端口(端口4)以及基準電壓源芯片IC11的接地端口(端口4)均接地；電阻R39的一端和電阻R38相連后與光譜儀2的輸出端相連，電阻R39的另一端與三極管TR12的基極相連；三極管TR12的集電極和三極管TR11的基極相連后與電阻R33的一端相連；電阻R33的另一端和三極管TR11的發射極相連后與輸入電源相連；三極管TR12的發射極、電容C39的另一端、電容C42的另一端、電容C40的另一端、電容C41的另一端、電容C35的另一端、電容C36的另一端、電容C28的另一端、電阻R38的另一端、電阻R35的另一端均接地；光譜儀輸入插座SK3的電子光學通道輸出端口(端口4)和光譜儀2的電子光學通道輸出端口相連后與單片機的電子光學通道輸入端口相連；光譜儀輸入插座SK3的成像通道輸出端口(端口7)和光譜儀的成像通道輸出端口相連后與電阻R30的一端相連；光譜儀輸入插座SK3的參考電壓輸入端口(端口10)和光譜儀2的參考電壓輸入端口相連后與參考電壓輸出端口相連；光譜儀輸入插座SK3的增益通道輸入端口(端口12)和光譜儀的增益通道輸入端口相連后與單片機的增益通道輸出端口相連；光譜儀輸入插座SK3的信號測試通道輸入端口(端口15)和光譜儀的信號測試通道輸入端口相連后與單片機的信號測試通道輸出端口相連；光譜儀輸入插座SK3的時鐘信號輸入端口(端口16)和光譜儀的時鐘信號輸入端口相連后與單片機的時鐘信號輸出端口相連；光譜儀輸入插座SK3的串行數據輸入端口(端口17)和光譜儀的串行數據輸入端口相連后與單片機的串行數據輸出端口相連；光譜儀輸入插座SK3的串行時鐘輸入端口(端口18)和光譜儀的串行時鐘輸入端口相連后與單片機的串行時鐘輸出端口相連；光譜儀輸入插座SK3的電源輸入端口(端口20)和光譜儀的電源輸入端口相連后與電容C37的一端相連接；光譜儀輸入插座SK3的七只接地端口(端口5,6,8,9,13,14,19)均接地；電容C37的另一端接地；電容C33一端和電容C34一端相連后與參考電壓輸入端口相連，電容C33的另一端和電容C34的另一端均接地；三極管TR13的集電極與光譜儀輸入插座SK3的電源輸入端口(端口20)相連；三極管TR13的發射極和電阻R37一端相連后與3.3V高電平相連；三極管TR13的基極和電阻R37的另一端相連后與電阻R32的一端相連；電阻R32的另一端與三極管TR10的集電極相連；三極管TR10的發射極接地；電阻R31的一端與三極管TR10的基極相連，另一端與單片機芯片IC2的光譜儀使能信號輸出端口相連；放大芯片IC9的通道輸入A正輸入端口(端口3)和電阻R30另一端相連；電阻R29的一端和放大芯片IC9的通道輸入A負輸入端口(端口4)相連，電阻R29的另一端和放大芯片IC9的通道輸出端口(端口1)相連后與電阻R28一端相連；放大芯片IC9的通道增益端口(端口8)和電容C32的一端相連后與參考電壓輸出端相連；電容C32的另一端接地；電阻R28的一端和電容C27的一端相連后與模數轉換芯片IC8正輸入端口(端口3)相連；電容C27的另一端和放大芯片IC9的接地端口(端口2)均接地；模數轉換芯片IC8負輸入端口(端口4)和電容C30的一端相連后接地；模數轉換芯片IC8參考電壓輸入端口(端口1)和電容C30的另一端相連后與參考電壓輸出端口相連；模數轉換芯片IC8工作電源輸入端口(端口2)和2.5V高電平相連；模數轉換芯片IC8模擬電源輸入端口(端口10)和電容C29的一端相連后與3.3V高電平相連；模數轉換芯片IC8數據輸出端口(端口6)和單片機數據輸入端口相連；模數轉換芯片IC8數據輸入端口(端口7)和單片機芯片IC2的數據輸出端口相連；模數轉換芯片IC8時鐘信號輸入端口(端口8)和單片機芯片IC2的時鐘信號輸出端口相連；模數轉換芯片IC8使能信號輸入端口(端口8)和單片機芯片IC2的使能信號輸出端口相連；模數轉換芯片IC8接地端口與電容C29的另一端相連后接地。所述基準電壓源芯片IC11可以采用Analog Devices公司ADR435B型號的產品，但不限于此；所述模數轉換芯片IC8可以采用Analog Devices公司AD7988-5型號的產品，但不限于此；所述TR11，TR12與R33，R39，C39分別相連起到控制后續芯片IC11，IC10開關的作用；所述TR13，TR10分別與R31，R32，R37相連起到控制光譜儀開關的作用；在工作時，單片機打開芯片IC11和光譜儀開關，基準電壓芯片IC11和放大芯片IC10得電，并通過其內部電路輸出標準電壓REF5V，以及標準電壓2.5V，并將這兩者電壓輸入AD轉換芯片IC8，所述光譜儀在收集到外部數據后將這些數據以模擬信號的形式輸入到信號增益芯片IC9中，在經過信號增益后通過AD轉換芯片IC8進行模數轉換，產生數字信號，并通過I2C通信串口將信號傳輸到單片機芯片IC2處。

所述光電編碼器5每轉動一周產生360個脈沖，且經過正交編碼后脈沖數量增至4倍，共有1440個。

所述電源為標準18-24V直流電源，只用于為主控子系統4進行直接供電。系統所使用的光纖均采用1mm的塑料光纖；系統所使用的光纖接口均采用標準SMA905光纖接口。

本發明的工作過程如下：

如圖10所示，將外部12根光纖與光纖接口/固定裝置9上開有12個標準光纖接口相連；進行測量時，在主控子系統4的控制下，伺服電機7進行反轉，帶動機械傳動裝置6轉動使得光電編碼器5從初始位置開始尋找零位；當光電編碼器5到達零位后，主控子系統4控制下伺服電機7正轉，帶動機械傳動裝置6和光譜儀固定塊8轉動，直到光譜儀2恰好指向第一根外部光纖時停止，此時外部光信號經由輻射信號耦合裝置1聚焦于光譜儀2入口光纖的端面圓心處，經由光纖傳輸進入光譜儀2內部進行測量；當光譜儀2測量完成后，數據通過數據線傳輸到主控子系統4的SD卡中進行存儲；在第一次測量完成之后，伺服電機7繼續正轉30度，光譜儀2指向下一根外部光纖，光譜儀2測量輻射信號，主控子系統4將測量結果存儲到SD卡中，直到12根外部光纖全部被測量完成；最后在主控子系統4的控制下，伺服電機7進行反轉，帶動機械傳動裝置6進行轉動使得光電編碼器5回到初始位置，此次測量結束，所述測量系統進入低功耗模式并等待下一次測量指令。

如圖11所示，為所述系統布放及測量示意圖，輕質硬桿搭載由12個光纖探頭所組成的光纖探頭鏈放入預先打通的直徑5cm冰孔中，隨著時間的推移，冰孔將會逐漸重新凍結，從而使光纖探頭收集到固態冰中的輻射信號；同時，為了使光譜儀、控制電路等關鍵零部件及裝置免受污染和外部破壞，均將其放置在一個密封艙體內，即使在冰雪完全融化的情況下，該艙體也能提供足夠的浮力使其漂浮在水面上，以便于衛星信號的收發以及可能的系統回收。

雖然本說明書通過具體的實施例詳細描述了本發明使用的參數，結構及其光譜測量方法，但是本領域的技術人員將清楚的是，隨著技術的發展，本發明的實現方式不限于實施例的描述范圍，在不脫離本發明實質和精神范圍內，可以對本發明進行各種修改和替換，因此，本發明的保護范圍視權利要求范圍所界定。