CN108663342A - 一种用于油种鉴别的激光诱导荧光***和方法 - Google Patents

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方子璇
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Abstract

本发明公开了一种用于油种鉴别的激光诱导荧光***和方法，采用多转滤光片代替传统激光诱导荧光***的中的光谱仪，用于鉴别海上已知的多种溢油油种。采用激光器激发油种发出荧光，采集多种油类的特征荧光波长，组建油类的荧光指纹数据库。根据获知的荧光指纹数据库，选取相应的窄波段滤光片。将选取的不同中心波长的窄波段滤光片进行编号，并安放在多转滤光片架上。在处理计算机的控制下，依次对激光诱导的荧光进行滤光，最终获取相应的特征波长，荧光指纹数据库获取溢油种类。本发明去除了传统激光诱导荧光***常用的光谱仪，采用单通道光电探测器代替传统的多通道光电探测器，显著降低了***复杂度和使用成本，具有较高的工程实用价值。

Description

一种用于油种鉴别的激光诱导荧光***和方法
技术领域
本发明属于海洋环境污染检测和海洋安全防护领域，公开了一种用于油种鉴别的激光诱导荧光***和方法，具体涉及采用激光诱导荧光***鉴别海面多类溢油油种的方法。
背景技术
人类的海上活动日益频繁，海上油轮运输，油井油田开采，人为无意识或有意排污行为，均会对海洋生态环境造成不可估量的破坏。在各类海洋污染中，油污的污染尤其严重。能够及时有效地获知溢油情况的发生及对溢油种类进行判别，可以及时有效的采取组织相应措施去降低海洋污染。
目前常用的对海面溢油种类进行判别分为采用颜色、红外成像、激光诱导荧光等手段进行分析。前两种手段是基于以往经验，受外界环境的变化及观测人员自身的影响较大，具有一定的随机性。传统的激光诱导荧光探测手段，均会借助于光谱仪，对获取得到的荧光回波进行分光，后续处理分为两种，一种是扫描型，将分光后的波谱逐级投射至光电探测器上输出，另一种是选用多通道光电探测器进行测试，这两种方式的缺点是光路比较复杂，涉及到光谱仪，成本较高，而且光谱仪内有光栅、透镜、反射镜都光学器件，激光诱导产生的荧光回波经过复杂光学***后，衰减较多，对后续光电探测器的灵敏度要求较高。
发明内容
本专利旨在发明一种用于油种鉴别的新型激光诱导荧光***，去除使用光谱仪，有效摒除光谱仪带来诸如光路复杂、成本较高等问题。
一种用于油种鉴别的激光诱导荧光***，主要包括激光器、主滤光片、二向色镜、多转滤光片架、伺服机构、收集镜、耦合镜、光电探测器、光纤和计算机，其中，激光器波长为355nm；主滤光片为中心波长为355nm的紫外滤光片；收集镜采用大孔径卡塞格林式收集镜；二向色镜反射355nm光线，透射荧光波长370-650nm；在二向色镜与收集镜之间设置多转滤光片架，多转滤光片架上装有不同中心波长的次滤光片，次滤光片根据不同中心波长进行编号。
基于上述激光诱导荧光***进行油种鉴别的方法，主要包括以下步骤：
(1)采用激光器激发油种发出荧光，采集多种油类的特征荧光波长，组建油类的荧光指纹数据库；
(2)根据油类的荧光指纹数据库，选取相应的窄波段次滤光片，并对选取的不同中心波长的窄波段次滤光片进行编号；
(3)二向色镜对355nm波长的激光进行反射，改变激光投射方向，投射至受激发样品上，激发出荧光；
(4)荧光回波透过二向色镜与激光光路分离，多转滤光片架在伺服机构的带动下，次滤光片依次转动进入主光路，对荧光回波进行滤光筛选后透射至收集镜上；
(5)收集镜对激光诱导的荧光回波进行收集，经耦合镜耦合进光纤；
(6)荧光回波经光纤传递给光电探测器，进行光电转换，后续采集电路处理进入计算机；
(7)计算机根据接收到的激光诱导的荧光滤光结果，获取相应的特征波长，匹配荧光指纹数据库判别溢油种类，最终在计算机上显示结果。
作为本发明的优选实施例，若当次滤光片依次进入主光路时，光电探测器输出数据有明显变化，即变化识别不低于5倍时，则判定该次滤光片的中心波长为溢油种类的特征波长。
本发明去除了传统激光诱导荧光***常用的光谱仪，采用单通道光电探测器代替传统的多通道光电探测器，显著降低了***复杂度和使用成本，具有较高的工程实用价值。
附图说明
图1是本发明一种用于油种鉴别的激光诱导荧光***组成图。
具体实施方式
本发明提出了一种激光诱导荧光***，主要包括激光器、主滤光片、二向色镜、多转滤光片架、伺服机构、收集镜、耦合镜、光电探测器、光纤和计算机，在二向色镜与收集镜之间设置多转滤光片架，多转滤光片架上装有不同中心波长的次滤光片，利用多转次滤光片代替传统激光诱导荧光***的中的光谱仪，用于鉴别海上已知的多种溢油油种。
基于上述激光诱导荧光***进行油种鉴别的方法，主要包括以下步骤：①采用激光器激发多种油类(原油、机油、柴油、大豆油、玉米油等)发出荧光，采集多种油类的特征荧光波长，组建油类的荧光指纹数据库。②根据油类的荧光指纹数据库，选取相应的窄波段次滤光片。③将选取的不同中心波长的窄波段次滤光片按照1至N进行编号，安放在多转滤光片架上。④在处理计算机的控制下，依次对激光诱导的荧光进行滤光，最终获取相应的特征波长，匹配荧光指纹数据库获取溢油种类。
作为本发明的优选实施例，激光器波长为355nm，355nm激光由1064nm近红外激光三倍频得到，其中夹杂些许1064nm及532nm的激光。
作为本发明的优选实施例，主滤光片选取中心波长为355nm的紫外滤光片，仅通过355nm的激光，滤除激光器出射的其他波长，避免对后续荧光收集造成干扰。
作为本发明的优选实施例，二向色镜采用Thorlab公司商用镜片，透射荧光波长370-650nm，实现对355nm波长的激光进行反射，改变激光投射方向，投射至受激发样品上，激发出荧光；荧光回波经二向色镜透射至收集镜上。
作为本发明的优选实施例，收集镜采用大孔径卡塞格林式收集镜对激光诱导的荧光回波进行收集，经耦合镜耦合进光纤。
作为本发明的优选实施例，荧光回波经光纤传递给光电探测器，进行光电转换，后续采集电路处理进入计算机进行溢油种类识别。
作为本发明的优选实施例，当激光投射至溢油区域时，多转滤光片架在伺服机构的带动下，依次转动进入主光路，对荧光回波进行滤光筛选。
作为本发明的优选实施例，若当编号为n(1≤n≤N)的滤光片进入主光路时，光电探测器有明显变化，则可判定编号为n的滤光片的中心波长为溢油种类的特征波长，对比荧光指纹数据库，判别溢油种类。
作为本发明的优选实施例，若当次滤光片依次进入主光路时，光电探测器输出数据有明显变化，即变化识别不低于5倍时，则判定该次滤光片的中心波长为溢油种类的特征波长。

Claims (3)

1.一种用于油种鉴别的激光诱导荧光***，主要包括激光器、主滤光片、二向色镜、多转滤光片架、伺服机构、收集镜、耦合镜、光电探测器、光纤和计算机，其特征在于，激光器波长为355nm；主滤光片为中心波长为355nm的紫外滤光片；收集镜采用大孔径卡塞格林式收集镜；二向色镜反射355nm光线，透射荧光波长370-650nm；在二向色镜与收集镜之间设置多转滤光片架，多转滤光片架上装有不同中心波长的次滤光片，次滤光片根据不同中心波长进行编号。
2.基于上述激光诱导荧光***进行油种鉴别的方法，主要包括以下步骤：
(1)采用激光器激发油种发出荧光，采集多种油类的特征荧光波长，组建油类的荧光指纹数据库；
(2)根据油类的荧光指纹数据库，选取相应的窄波段次滤光片，并对选取的不同中心波长的窄波段次滤光片进行编号；
(3)二向色镜对355nm波长的激光进行反射，改变激光投射方向，投射至受激发样品上，激发出荧光；
(4)荧光回波透过二向色镜与激光光路分离，多转滤光片架在伺服机构的带动下，次滤光片依次转动进入主光路，对荧光回波进行滤光筛选后透射至收集镜上；
(5)收集镜对激光诱导的荧光回波进行收集，经耦合镜耦合进光纤；
(6)荧光回波经光纤传递给光电探测器，进行光电转换，后续采集电路处理进入计算机；
(7)计算机根据接收到的激光诱导的荧光滤光结果，获取相应的特征波长，匹配荧光指纹数据库判别溢油种类，最终在计算机上显示结果。
3.根据权利要求2所述的激光诱导荧光***进行油种鉴别方法，其特征在于，若当次滤光片依次进入主光路时，光电探测器输出数据有明显变化，即变化识别不低于5倍时，则判定该次滤光片的中心波长为溢油种类的特征波长。
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