1.一种压电驱动局部单点推扫的水质状态探测装置,包括设置在水面运载平台(1)上的多轴旋转支架(2),其特征在于,还包括压电陶瓷驱动阵列(3)及光学单点探测器(4),所述压电陶瓷驱动阵列(3)由若干中心对称布置的压电陶瓷驱动器(5)垂直阵列而成,并形成于机械外壳(6)内,所述光学单点探测器(4)与压电陶瓷驱动阵列(3)之间通过承压板(7)连接;所述承压板(7)与光学单点探测器(4)固定连接,与压电陶瓷驱动阵列(3)的机械外壳(6)柔性连接,且压电陶瓷驱动阵列(3)的机械外壳(6)固定在多轴旋转支架(2)上。
2.根据权利要求1所述的压电驱动局部单点推扫的水质状态探测装置,其特征在于,所述光学单点探测器(4)包括主控MCU(8)、MEMS光谱探测芯片(9)和光学透镜(10),所述主控MCU(8)通过SPI总线与MEMS光谱探测芯片(9)电连接,所述MEMS光谱探测芯片(9)的输出端接光学透镜(10);所述主控MCU(8)与压电陶瓷驱动阵列(3)连接。
3.根据权利要求1或2所述的压电驱动局部单点推扫的水质状态探测装置,其特征在于,所述多轴旋转支架(2)安装在水面运载平台(1)的顶部,且其前端无遮挡。
4.根据权利要求2所述的压电驱动局部单点推扫的水质状态探测装置,其特征在于,所述光学单点探测器(4)用于进行水质状态单点监测。
5.根据权利要求4所述的压电驱动局部单点推扫的水质状态探测装置,其特征在于,所述压电陶瓷驱动阵列(3)驱动MEMS光谱探测芯片(9)局部单点推移,实现水质状态参数的监测,并结合水面运载平台(1)的前、后运动获取全部近地光谱信息。
6.根据权利要求5所述的压电驱动局部单点推扫的水质状态探测装置,其特征在于,所述主控MCU(8)通过深度学习方法对水面暗礁、垃圾进行分类识别。
7.根据权利要求1所述的压电驱动局部单点推扫的水质状态探测装置,其特征在于,所述机械外壳(6)和承压板(7)之间通过机械紧固装置(11)进行机械固定。
8.一种基于权利要求1所述装置的推扫方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将压电陶瓷驱动阵列及光学单点探测器通过多轴旋转支架固定在水面运载平台上;
(2)水面无波动时,主控MCU检测所述压电陶瓷驱动阵列输出的压电推移曲线模型,用于后续同步校正与关联,同时将光学透镜的光学参数进行校正,获取包括焦距f在内的校正参数;
(3)利用所述主控MCU发送脉冲控制信号,控制所述压电陶瓷驱动阵列按照特定的压电推扫曲线进行运动,使所述光学单点探测器在预期压电推移曲线上进行周期往复运动;
(4)所述主控MCU根据发送的脉冲控制信号,通过在压电推扫曲线的极值点与零值点处发送采集信号,从而将产生的特定采集时序发送给所述的MEMS光谱探测芯片,MEMS光谱探测芯片实时将相应时间的水质光谱探测数据返回;
(5)根据光学深度探测的原理,将所述压电陶瓷驱动阵列产生的推扫运动幅值δ与光谱线束和水面具体交点处的水面推扫幅值(δh+δl)相对应,在给定深度或通过激光传感的情况下即可通过所述光谱单点探测器感知当前点的水质状态参数;
(6)循环步骤(3)-(5),不断进行水面扫描,将所有扫描过的点集中在时域内扩展即可形成一条水面推扫曲线,进而获取一个微小的带形区域内的水质状态参数;
(7)通过水面运载平台进行特定状态的运动,结合步骤(6)中获取的带形区域水质参数,即可获取整个平面内的水质状态参数;
(8)利用所述主控MCU,每隔特定时间获取某一部分平面的水质状态参数,如果某一区域内的水质状态参数在正常范围之内,即再次通过所述光谱单点探测器进行水质状态检测;如果某一区域内的水质状态参数超出正常水质参数区域范围之外,即可通过深度学习方法对当前区域的性状进行分类识别,即可识别出包括水面暗礁及垃圾漂浮物在内的异物;
(9)重复以上步骤实现水质状态的光谱单点探测,并可实现水面暗礁、垃圾漂浮物的检测。
9.根据权利要求8所述的推扫方法,其特征在于,在步骤(3)中利用所述主控MCU发送脉冲控制信号,控制所述压电陶瓷驱动阵列按照固定幅值与频率的正弦推扫曲线进行运动。
10.根据权利要求8所述的推扫方法,其特征在于,在步骤(8)中,所述的特定时间≤(fmax*2)-1,其中fmax为正弦推扫曲线的最大频率。