水下攝像機應用

1.1前言
隨著開發(fā)海洋、江河與湖泊科學事業(yè)的發(fā)展，水下工程的規(guī)模越來越大，水下攝像機監(jiān)控已成為開發(fā)水域的眼睛，其應用已越來越廣泛。
由于超聲波技術(shù)的進步，過去利用聲納等進行水中情況的調(diào)查觀測相當普遍，但這些都是間接觀測的方法。而直接觀測可用潛水員或潛水調(diào)查船以及水中攝影等方法，但這些方法存在著要訓練潛水員，且水深只能在50米以內(nèi)，因而有代價高，不經(jīng)濟以及不能即時反映實況等不足之處。由此發(fā)展了水下攝像機監(jiān)控，它在安全性、及時性、經(jīng)濟性等方面極為出色，而且可與VIDEO機、水中攝像機配合使用，得到更佳效果。
近年來，隨著光電技術(shù)的發(fā)展以及各種新型的攝像元器件的不斷出現(xiàn)，低照度和耐輻照的水下攝像機攝像機正在惡劣環(huán)境下得到廣泛的應用。紅外、變焦距、廣角和旋轉(zhuǎn)式以及仰角遙控鏡頭等特殊光學系統(tǒng)也提高了水下攝像機監(jiān)控的性能，并擴大了它的實用范圍。
水下攝像機監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，主要是發(fā)展遙控式水下攝像機車（自游式水下攝像機），水下攝像機攝像機的小型化，并研制激光電視、超聲波電視和耐輻照電視等。今后隨著海洋等水域事業(yè)的不斷發(fā)展，水下攝像機監(jiān)控系統(tǒng)將越來越成為*的重要工具。
1.2水下攝像機監(jiān)控的作用
水下攝像機監(jiān)控主要用于水下作業(yè)的監(jiān)視，在目前，已用于下列幾個領域：
（1）海中土建工程：礁盤和海底情況的初步調(diào)查，工程管理，完成情況的檢查，以及作為水中推土機等水下作業(yè)的輔助設備。
（2）水中資源的調(diào)查、觀測，海底礦物，海底油田以及珍珠、珊瑚和各種海藻的調(diào)查研究。
（3）漁業(yè)方面：在某特定水域設置的魚網(wǎng)及人工魚礁的實際情況調(diào)查，魚群的探測等。
（4）沉船的調(diào)查，打撈過程的監(jiān)視以及對所需修理船艦水下部分的檢查和估價等。
（5）水力發(fā)電水下淤泥的監(jiān)察和發(fā)電廠給水管線內(nèi)部的檢查和焊接。
（6）江河與水庫堤壩的監(jiān)察及其他水下建筑設施的定期檢查。
（7）潛艇水下偵察。
（8）核電站用的現(xiàn)場監(jiān)察設備。
水下攝像機監(jiān)控技術(shù)上的各種問題隨用途、目的而有種種不同，一般要考慮下列幾個問題：
1.3水中光的吸收和散射對圖象質(zhì)量的影響
水下攝像機監(jiān)控在光學方面與陸地上使用的電視監(jiān)控有兩點不相同：
（1）光的衰減非常之大；
（2）由于水中存在各種污濁物，使得光的散射現(xiàn)象相當嚴重。
上述兩點是左右電視圖象質(zhì)量的根本問題，在水中，光的衰減現(xiàn)象隨水的性質(zhì)以及浮游生物和其他懸浮物的不同而不同，并且隨光的波長而變化，對于第1個問題，若僅僅是光的衰減現(xiàn)象的話，用加強光源即可解決。可是，對第二點光的散射現(xiàn)象卻隨光的增強而增大，在水中懸浮物比較多的情況下進行攝影，就象地面上霧很大一樣，波長長的光衰減非常大，這種現(xiàn)象與在空氣中正好相反，在一般空氣中，λ越大，衰減越小，故在這種場合波長越長的光，能達到的地方越遠，紅外線攝影能特別有效地攝取很遠的東西，但紅外攝影不能通過霧或雨，因為紅光在水中將被吸收。由于在水中光的衰減比在空氣中大，特別是波長長的光衰減大，故產(chǎn)生了光源的選擇問題。
在水中，光的散射現(xiàn)象多數(shù)是由于水中浮游生物，塵土，懸浮物等的存在，通常是由膠體粒子的存在而造成。光在水中前進過程中，由于吸收造成的衰減與由于散射造成的衰減，即使在非常干凈的、透明的水中，光的衰減也有60%是散射造成的，40%是吸收造成的，所以說在水中光的衰減很大一部分是散射造成的。
1.4水下照明光源的選擇及其放置問題
一般來說，太陽是只能達到水下20~30米，因此水深20~30米以上都應使用人工照明，而在透明度惡劣的海域，不到這個深度也需照明。
（1）光源的選擇
由于在水中波長長的光衰減大，因此，選擇波長短的光源可獲得更佳的照明效果。但是，在透明度較差的港灣和河川中，應選擇波長適中的光源，在水中污濁物質(zhì)多的時候，光的散射也多。這樣便要把海洋的場所與狀態(tài)二者結(jié)合起來綜合考慮光源的選擇。
白熾燈輻射光的主要區(qū)域是紅光，對特殊設計的水下攝像機攝像機來說，效率非常低，目前使用的光源主要有dian素石英燈，水銀燈，以及氙燈等。輻射的光能大部分集中在藍與綠范圍內(nèi)，水對它吸收很少。水下攝像機采用這種光源與白熾燈相比，在相同的功率條件下，效率在六倍以上。水銀燈效率也很高。由于它能發(fā)出在水中易通過的藍綠色光，因此也得到廣泛應用。水對光的光譜吸收相當于加一藍色濾色鏡，引起圖像的彩色失真，故對彩色攝像影響較大，要考慮加以補償，對于一般的黑白電視攝像則不存在這個問題。
（2）照明燈的位置和照射方向的考慮
在水中，光的吸收和散射會嚴重地影響到圖像質(zhì)量，因此，除了考慮光源的選擇外，對照明的位置和照射方向也要作種種考慮。
在水中，被攝物體的照度與至光源距離的平方成反比。另外，被攝物體的反射系數(shù)越大，則越亮。因為即使光源變得非常強，但由于懸浮微粒的暈光作用也變強，要透過很遠距離就有困難，為此，照明光源的位置要盡量設置在被攝物體附近。
1.5水下攝像機、鏡頭與信號傳遞方式的選擇
（1）水的折射與光學系統(tǒng)的選擇
由于水的折射比空氣大，電視攝像機的畫面視角在水中要比在空氣中窄四分之一。為空氣中的四分之三。為了能在較廣泛范圍內(nèi)觀察被攝物體，水下攝像機的攝像機必須選擇廣角透鏡。另外，透鏡要求有盡可能高的透射率。
（2）靈敏度和攝像機的選擇
由于水中亮度不夠，用人工照明加以補償這是可以的。但是，提高攝像機本身的靈敏度也是十分重要的，因此需要考慮攝像機的選擇問題。
過去一般都采用調(diào)整簡便的光導攝像管。但它在圖像殘留，靈敏度方面有不足之處。目前多采用CCD攝像機，由于它具有體積小、重量輕、功耗低，可靠性好，無燒傷現(xiàn)象，能抗震以及光譜響應寬等優(yōu)點，正被廣泛地應用。而且由于種類多，還可以挑選高靈敏度的CCD攝像機。
（3）視頻信號傳遞方式的考慮
水下攝像機攝像機的機動性要比陸地上差得多，所以視頻信號的傳送要作多種考慮。圖像信號的傳送通常使用同軸電纜，電視攝像機的圖像信號的帶寬通常從直流到數(shù)兆赫，在數(shù)公里的深處使用時，要提高由攝像機發(fā)送信號的高頻電平。在接收端也同樣采取高頻補償?shù)霓k法。深度再深，則要考慮采取調(diào)頻方法或脈碼調(diào)制辦法，以防止在傳輸途中信號惡化。
此外，窄帶系統(tǒng)也可考慮使用超聲波傳送圖像，或用激光傳送。
1.6水下防腐問題的考慮
水密箱的材料必須耐腐蝕，對于攜帶型的攝像機，為達到輕量的目的，使用耐腐蝕性輕質(zhì)合金。對懸浮型攝像機，則使用黃銅或不銹鋼。對耐輻照型攝像機，其外殼使用耐輻照性能好的不銹鋼作為殼體，并能防腐蝕。在結(jié)構(gòu)上需采取端面密封的形式以達到水密性能的要求，如果是采用翻砂鑄造的，氣泡損壞水密的情況很多，因此還要采用環(huán)氧樹脂浸復工藝處理。
水下攝像機攝像機每次使用后要用清水洗滌以免腐蝕，長期放置海中的則用不銹鋼為好。連續(xù)使用二個月的水下攝像機攝像機，為了不致腐蝕到箱體本身，可加上一個可調(diào)換的電極，外加一直流偏置電壓。由于攝像機的電纜，被覆的小孔隙會損壞水密性，故需使用氯丁乙烯橡膠被覆。在600米以上的深海使用時，電纜芯線的填充材料要求用剛性很強的材料。在撓性方面也要進行特殊設計。

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地熱管理系統(tǒng)（geothermal management system）是為實現(xiàn)地熱資源的可持續(xù)開發(fā)而建立的管理系統(tǒng)。

我司深井地熱監(jiān)測產(chǎn)品系列介紹：

1.0-1000米單點溫度檢測（普通表和存儲表）／0-3000米單點溫度檢測（普通顯示，只能顯示溫度，沒有存儲分析軟件功能）

2.0-1000米淺層地溫能監(jiān)測（采集器采用低功耗、攜帶方便；物聯(lián)網(wǎng)NB無線傳輸至WEB端B/S架構(gòu)網(wǎng)絡；單總線結(jié)構(gòu)，可擴展256個點；進口18B20高精度傳感器，在10-85度范圍內(nèi)，精度在0.1-0.2度）

3. 4.0-10000米分布式多點深層地溫監(jiān)測（采用分布式光纖測溫系統(tǒng)細分兩大類：1.井筒測試 2.井壁測試）

4.0-2000米NB型液位／溫度一體式自動監(jiān)測系統(tǒng)（同時監(jiān)測溫度和液位兩個參數(shù)，MAX耐溫125攝氏度）

5.0-7000米全景型耐高溫測溫成像一體井下電視（同時監(jiān)測溫度和視頻圖片等）

6. 微功耗采集系統(tǒng)／遙控終端機——地熱資源監(jiān)測系統(tǒng)／地熱管理系統(tǒng)（可在換熱站同時監(jiān)測溫度／流量／水位／泵內(nèi)溫度／壓力／能耗等多參數(shù)內(nèi)容，可實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控，24小時無人值守）

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