CN105203519B - 一种海洋溢油定点监测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海洋溢油定点监测设备，包括光源发射组件、荧光接收组件、距离探测组件、信号控制与处理电路，所述光源发射组件发射光束照射在水面上，光源发射组件与信号控制与处理电路连接，所述荧光接收组件探测光源发射组件照射区域的水面荧光信号，荧光接收组件与信号控制与处理电路连接，所述距离探测组件与所述信号控制与处理电路连接，距离探测组件探测荧光接收组件探测区域水面的相对高度。本发明的有益效果是采用紫外光诱导荧光方法，非接触监测，不需要采集样品进行化学反应，避免了二次污染，同时，利用距离探测器测量信号对不同高度接收的荧光信号进行修正，具有稳定性好，灵敏度高、结构简单、成本低的优点。

Description

一种海洋溢油定点监测设备及方法

技术领域

本发明涉及一种海洋溢油定点监测设备及方法，属于溢油监测设备技术领域。

背景技术

近年来溢油事故频繁发生，严重危害了海洋生物的生存环境，对海洋生态和沿岸生产生活造成了深远影响。基于地基平台的水面油膜定点监测设备可固定安装于特定地点，对小范围进行重点监视，及时发现小型溢油事件，并在第一时间发出警报，是机载溢油监测及卫星遥感溢油监测的有益补充。已有的水面油膜定点监测设备，多采用紫外诱导油荧光的原理进行溢油监测，采用紫外光源作为激发光源，采用单个光电探测器进行信号采集，通过对信号强度进行阈值判断判定是否发生溢油，当潮汐或外界环境变化导致监测距离发生变化时，监测信号强度会明显改变，从而使先前设定的阈值失效，不能正确的判断是否发生了溢油。现有设备往往不能自适应探测距离的变化，因此，不能很好地适用于监测环境复杂、探测距离多变的监测地点，常常发生误报警现象。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种海洋溢油定点监测设备，能够在一定的距离变化范围内自适应对海洋溢油情况进行监测。

同时，本发明还提供了一种海洋溢油定点监测方法，根据距离变化自动修正采集的数字信号强度，使海洋溢油定点监测设备可以适应潮汐、浮油表面的高度变化，保证监测的准确性，减少误报现象的发生。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种海洋溢油定点监测设备，包括光源发射组件、荧光接收组件、距离探测组件和信号控制与处理电路，所述光源发射组件发射光束照射在水面上，光源发射组件与信号控制与处理电路连接，所述荧光接收组件探测光源发射组件照射区域的水面信号，荧光接收组件与信号控制与处理电路连接，所述距离探测组件与所述信号控制与处理电路连接，距离探测组件探测荧光接收组件探测区域水面的相对高度。

所述光源发射组件包括紫外光源、第一会聚镜和发射滤光片，所述紫外光源的发射端设有发射滤光片，所述发射滤光片的出射光经过第一会聚镜会聚，从第一会聚镜出射的光照射在水面上，所述紫外光源与所述信号控制与处理电路连接。

所述荧光接收组件包括光电探测器、荧光接收带通滤光片和第二会聚镜，所述第二会聚镜接收所述光源发射组件照射区域的水面荧光信号，第二会聚镜的后侧设有所述荧光接收带通滤光片，所述荧光接收带通滤光片的后侧设有所述光电探测器。

光电探测器优选大面阵硅光电二极管。

所述距离探测组件为距离探测器，所述距离探测器探测荧光接收组件探测区域水面与所述距离探测器之间的距离。距离探测器与荧光接收组件距离被探测区域水面之间的距离几乎相同。

信号控制与处理电路以ARM处理器为核心，可选用LPC2468。功能包括模数转换、数字信号处理、溢油监测算法、对外接口。模数转换将解调后的荧光电压信号转换为数字信号，经距离修正等一系列数字信号处理之后，运行溢油监测算法，计算出是否有溢油发生及溢油严重程度，最终通过对外接口如RS232、无线通信接口等实时传递给上位机做进一步应急预警处理。

一种海洋溢油定点监测方法，使用以上所述一种海洋溢油定点监测设备，光源发射组件在信号控制与处理电路的控制下，发射具有一定频率的脉冲光束，经紫外带通滤光片滤波、发射镜会聚后投射到被测区域；

荧光接收组件接收受激发射的荧光光束并会聚，经荧光接收带通滤光片滤除荧光谱段以外的其他干扰光，最后传送至光电探测器上，光电探测器将光信号转换为电信号，并经过电流/电压转换、前置放大和信号解调，实现荧光信号的采集；

所述距离探测器实时获取探测距离，并反馈给信号控制与处理电路。

所述的信号控制与处理电路包括模数转换、数字信号处理、溢油监测算法模块和对外接口。信号控制与处理电路处理距离探测器测量信号及荧光接收信号，根据距离探测器反馈的距离，对测量的荧光接收信号进行修正，利用溢油监测算法(阈值判断)判定是否发生了溢油。

与现有技术相比，本发明的有益效果是采用紫外光诱导荧光方法，非接触监测，不需要采集样品进行化学反应，避免了二次污染，同时，利用距离探测器测量信号对不同高度接收的荧光信号进行修正，具有稳定性好，灵敏度高、结构简单、成本低的优点。

附图说明

图1是本发明的模块结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例一所述一种海洋溢油定点监测设备，包括光源发射组件、荧光接收组件、距离探测组件、信号控制与处理电路，所述光源发射组件发射光束照射在水面上，光源发射组件与信号控制与处理电路连接，所述荧光接收组件探测光源发射组件照射区域的水面信号，荧光接收组件与信号控制与处理电路连接，所述距离探测组件与所述信号控制与处理电路连接，距离探测组件探测荧光接收组件探测区域水面的相对高度。

通过光源发射组件发出的紫外光束照射在水面上，水面油膜受激发产生荧光，由荧光接收组件接收到受激发射的荧光信号，并经过处理后发送至信号控制与处理电路；而与此同时，通过距离探测组件探测距离被探测区域水面的相对高度，信号控制与处理电路根据探测距离相应地对接收到的荧光信号进行强度修正，并根据修正后的荧光强度值进行阈值判定，减少了因为潮汐或其他原因发生的水位变化而导致的结果误差。

所述光源发射组件包括紫外光源、第一会聚镜和发射滤光片，所述紫外光源的发射端设有第一会聚镜，所述第一会聚镜的出射光经过发射滤光片，从发射滤光片出射的光照射在水面上，所述紫外光源与所述信号控制与处理电路连接。

所述荧光接收组件包括光电探测器、荧光接收带通滤光片和第二会聚镜，所述第二会聚镜接收所述光源发射组件照射区域的水面信号，第二会聚镜的后侧设有所述荧光接收带通滤光片，所述荧光接收带通滤光片的后侧设有所述光电探测器。

光电探测器优选大面阵硅光电二极管。

所述距离探测组件为距离探测器，所述距离探测器探测荧光接收组件探测区域水面与所述距离探测器之间的距离。距离探测器与荧光接收组件距离被探测区域水面之间的距离几乎相同。

第一会聚镜选用石英镜片，在200nm～400nm范围内有良好的透过率。发射滤光片为宽带带通滤光片，透过率在200nm～400nm内，峰值透过率优于50％，在400nm～1200nm范围内完全截止。第二会聚镜采用石英或K9玻璃透镜，在可见光范围内有良好的透过率，荧光接收带通滤光片为可见光谱段，可选为400nm～600nm范围，峰值透过率优于50％，在200nm～400nm和600nm～1200nm完全截止。紫外光源选用脉冲氙灯，功率为50W，可根据需要调节发光频率，实现发射光的调制。光电探测器选用大面阵硅光电二极管，在400nm～600nm范围内有较高的光电转换效率。

信号控制与处理电路以ARM处理器为核心，可选用LPC2468。功能包括模数转换、数字信号处理、溢油监测算法、对外接口。模数转换将解调后的荧光电压信号转换为数字信号，然后经距离修正等数字信号处理之后，运行溢油监测算法，计算出是否有溢油发生及溢油严重程度，最终通过对外接口如RS232、无线通信接口等实时传递给上位机做进一步应急预警处理。

一种海洋溢油定点监测方法，光源发射组件在信号控制与处理电路的控制下，发射具有一定频率的脉冲光束，经紫外带通滤光片滤波、发射镜会聚后投射到被测区域；

荧光接收组件接收受激发射的荧光光束并会聚，经荧光接收带通滤光片滤除荧光谱段以外的其他干扰光，最后传送至光电探测器上，光电探测器将光信号转换为电信号，并经过电流/电压转换、前置放大和信号解调，实现荧光信号的采集；

所述距离探测器实时获取探测距离，并反馈给信号控制与处理电路。

所述的信号控制与处理电路处理距离探测器测量信号及荧光接收信号，根据距离探测器反馈的距离，对测量的荧光接收信号进行修正，利用溢油监测算法(阈值判断)判定是否发生了溢油。

所述的海洋溢油定点监测方法，采用距离修正方法消除因距离造成的信号强度变化对阈值判断结果的影响。距离修正方法是在实验室理想环境下获得***对距离的灵敏度系数，然后在实际测量中，将每一个测量信号采用灵敏度系数实时修正，通过对修正后的值进行阈值判断，解决监测环境的变化(如波浪、潮汐等)造成的距离影响。

在实验室获取距离灵敏度系数的方法为：在仪器规定的测量距离范围内(如1-8米)，设置多个不同距离点(1.5米、2米、2.5米、3米…，以此类推)，对同一个目标，分别在上述不同距离点进行测量，获得同一目标不同测量距离处的信号值，根据离散的信号值拟合出信号强度随测量距离的变化函数f(h)。

实际测量时假设设备的安装高度为h0，实际测量不同高度的信号值为f′(h)，以高度h0处的强度为参考，将其他测量距离的信号强度f′(h)修正为:然后再通过阈值判断断定是否发生了溢油。

与现有技术相比，本发明的有益效果是采用紫外光诱导荧光方法，非接触监测，不需要采集样品进行化学反应，避免了二次污染，同时，利用距离探测器测量信号对不同高度接收的荧光信号进行修正，具有稳定性好，灵敏度高、结构简单、成本低的优点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。同时本发明的上述实施例举仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而对本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化、变动或替换，这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化、变动或替换仍处于本发明及权利要求的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种海洋溢油定点监测设备，包括光源发射组件、荧光接收组件、距离探测组件、信号控制与处理电路，其特征在于，所述光源发射组件发射光束照射在水面上，光源发射组件与信号控制与处理电路连接，所述荧光接收组件探测光源发射组件照射区域的水面荧光信号，荧光接收组件与信号控制与处理电路连接，所述距离探测组件与所述信号控制与处理电路连接，距离探测组件探测荧光接收组件探测区域水面的相对高度；

信号控制与处理电路处理距离探测器测量信号及荧光接收信号，根据距离探测器反馈的距离，对测量的荧光接收信号进行修正，判定是否发生了溢油。

2.如权利要求1所述的一种海洋溢油定点监测设备，其特征在于，所述光源发射组件包括紫外光源、发射滤光片和第一会聚镜，所述紫外光源的发射端设有发射滤光片，所述发射滤光片的出射光经过第一会聚镜会聚，从第一会聚镜出射的光照射在水面上，所述紫外光源与所述信号控制与处理电路连接。

3.如权利要求2所述的一种海洋溢油定点监测设备，其特征在于，所述荧光接收组件包括光电探测器、荧光接收带通滤光片和第二会聚镜，所述第二会聚镜接收所述光源发射组件照射区域的水面荧光信号，第二会聚镜的后侧设有所述荧光接收带通滤光片，所述荧光接收带通滤光片的后侧设有所述光电探测器。

4.如权利要求3所述的一种海洋溢油定点监测设备，其特征在于，光电探测器优选大面阵硅光电二极管。

5.如权利要求3所述的一种海洋溢油定点监测设备，其特征在于，所述距离探测组件为距离探测器，所述距离探测器探测荧光接收组件探测区域水面与所述距离探测器之间的距离。

6.一种海洋溢油定点监测方法，使用权利要求1至5之一所述一种海洋溢油定点监测设备，其特征在于，光源发射组件在信号控制与处理电路的控制下，发射具有一定频率的脉冲光束，经紫外带通滤光片滤波、发射镜会聚后投射到被测区域；

荧光接收组件接收受激发射的荧光光束并会聚，经荧光接收带通滤光片滤除荧光谱段以外的其他干扰光，最后传送至光电探测器上，光电探测器将光信号转换为电信号，并经过电流/电压转换、前置放大和信号解调，实现荧光信号的采集；

所述距离探测器实时获取探测距离，并反馈给信号控制与处理电路；

信号控制与处理电路处理距离探测器测量信号及荧光接收信号，根据距离探测器反馈的距离，对测量的荧光接收信号进行修正，判定是否发生了溢油。