CN205280588U - 一种多通道水面油实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多通道水面油实时监测装置，包括密封结构的外壳和置于外壳内部的激发光源通道和多通道荧光接收通道，所述激发光源通道和所述多通道荧光接收通道指向同一个方向，并且对应所述激发光源通道的光源投射方向在所述外壳上设有保护镜，对应多通道荧光接收通道接收光线的方向在所述外壳上设有多通道荧光透镜。本实用新型所述的一种多通道水面油实时监测装置，采用探测水面油荧光光谱方法，可以剔除水中其他杂质的影响，多通道结构的设计，有利于判断溢油的种类，精确的预警溢油的发生。

Description

一种多通道水面油实时监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种多通道水面油实时监测装置，是一种光学探头设备，属于传感器技术领域。

背景技术

在河道、海洋发生溢油情况后，及时精确的监测溢油的程度及溢油种类，是制定溢油处理应急措施的重要依据。现有的用于溢油定点监测的实时监测装置，主要受限于监测方法的单一性，往往采用单个或两个光电探测器采集一到两个通道信号，采集的信息量有限，经常会出现误报警状况，而且无法实现溢油种类的监测。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种多通道溢油实时监测装置，能够对溢油情况进行精确的预警，并对溢油种类进行监测。

本实用新型的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种多通道水面油实时监测装置，包括密封结构的外壳和置于外壳内部的激发光源通道和多通道荧光接收通道，所述激发光源通道和所述多通道荧光接收通道指向同一个方向，并且对应所述激发光源通道的光源投射方向在所述外壳上设有保护镜，对应多通道荧光接收通道接收光线的方向在所述外壳上设有多通道荧光透镜。

所述激发光源通道包括保护镜、光源透镜、光源滤光片和宽光谱光源，所述保护镜、光源透镜、光源滤光片和宽光谱光源按顺序同轴布置。

优选地，还包括光源遮光罩，设置在所述保护镜、光源透镜、光源滤光片和宽光谱光源的光轴上。

所述多通道荧光接收通道包括多通道荧光透镜、荧光滤光片组、多光谱探测器驱动板和多通道探测器，所述多通道荧光接收通道与所述多通道探测器同轴布置。

优选地，还包括荧光遮光罩，设置在所述多通道荧光透镜和所述多通道探测器之间。

优选地，还包括多通道信号处理板，与所述多通道探测器连接。

荧光滤光片组和多通道探测器均安装于多光谱探测器驱动板上，荧光滤光片组位于多通道探测器上端，多光谱探测器驱动板位于多通道荧光透镜后端。

更进一步地，还包括电源管理器，所述电源管理器为设备供电，具体的说是为宽光谱光源、多光谱探测器驱动板和多通道信号处理板提供相应的电源。

所述保护镜采用石英片，可以使紫外光谱透过。

所述光源透镜选用石英镜片，透过率在200nm-400nm范围内。

所述光源滤光片为宽光谱带通滤光片，通带范围在200nm-400nm内，峰值透过率高于50％，在400nm-1200nm范围内完全截止。

所述多通道荧光透镜由多个相同的透镜组成，可采用石英或K9玻璃透镜，在可见光范围内有良好的透过率，透镜数量可根据需求设置，可设置为6个，但不限于6个。荧光滤光片组8由多个不同中心波长的窄带滤光片组成，滤光片数量根据需求设置，可设置为6个，但不限于6个，带宽选为10nm，中心波长可依次选为400nm，420nm，440nm，460nm，480nm，500nm，其峰值透过率高于50％。

所述多通道探测器由多个相同的探测器组成，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。

每通道荧光透镜和滤光片之间安装荧光遮光罩，防止荧光之间的串扰。

多光谱探测器驱动，用于对多通道探测器输出电流信号的预处理，包括前置放大、滤波、荧光多光谱电压信号解调。

多通道信号处理板用于接收多光谱探测器驱动的模拟电压信号，通过多通道模数转换电路转换为数字信号，并经数字信号预处理，得到荧光多光谱数据，根据多光谱谱型特征及光谱强度，计算出是溢油发生程度及溢油种类，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。

电源管理器为宽光谱光源、多光谱探测器驱动板和多通道信号处理板提供相应的电源。

多通道水面油实时监测装置运行时，每采集到一次多光谱数据，设为S(n)(n为信号通道数，n＝1，2，3…)，根据多光谱数据计算出信号总强度当信号总强度超出设定的阈值时，继续根据光谱形状信息进一步进行判定，即：利用信号总强度去除多光谱数据，获得归一化的光谱S′(n)＝S(n)/S_T，利用光谱匹配算法将归一化光谱与油荧光曲线数据库中的光谱进行匹配，当与库中某种油的相似度高于设定的值时，判定发生了溢油并输出溢油种类，否则认为没有发生溢油。其中，光谱匹配算法优选信息离散-光谱角度匹配算法。

本实用新型所述的一种多通道水面油实时监测装置，采用探测水面油荧光光谱方法，可以剔除水中其他杂质的影响，多通道结构的设计，有利于判断溢油的种类，精确的预警溢油的发生。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型所述一种多通道水面油实时监测装置的结构图。

图中：

1、外壳；2、保护镜；3、光源透镜；4、光源滤光片；5、宽光谱光源；6、多通道荧光透镜；7、多光谱探测器驱动板；8、荧光滤光片组；9、多通道探测器；10、多通道信号处理板；11、电源管理器；12、荧光遮光罩；13、光源遮光罩。

具体实施方式

本实用新型实施例所述一种多通道水面油实时监测装置，包括密封结构的外壳和置于外壳内部的激发光源通道和多通道荧光接收通道，所述激发光源通道和所述多通道荧光接收通道指向同一个方向，并且对应所述激发光源通道的光源投射方向在所述外壳上设有保护镜，对应多通道荧光接收通道接收光线的方向在所述外壳上设有多通道荧光透镜。

所述激发光源通道包括保护镜、光源透镜、光源滤光片和宽光谱光源，所述保护镜、光源透镜、光源滤光片和宽光谱光源按顺序同轴布置。

优选地，还包括光源遮光罩，设置在所述保护镜、光源透镜、光源滤光片和宽光谱光源的光轴上。

所述多通道荧光接收通道包括多通道荧光透镜、荧光滤光片组、多光谱探测器驱动板和多通道探测器，所述多通道荧光接收通道与所述多通道探测器同轴布置。

优选地，还包括荧光遮光罩，设置在所述多通道荧光透镜和所述多通道探测器之间。

优选地，还包括多通道信号处理板，与所述多通道探测器连接。

荧光滤光片组和多通道探测器均安装于多光谱探测器驱动板上，荧光滤光片组位于多通道探测器上端，多光谱探测器驱动板位于多通道荧光透镜后端。

更进一步地，还包括电源管理器，所述电源管理器为设备供电，具体的说是为宽光谱光源、多光谱探测器驱动板和多通道信号处理板提供相应的电源。

如图1所示，本实用新型实施例所述一种多通道水面油实时监测装置，具体为外壳1、保护镜2、光源透镜3、光源滤光片4、宽光谱光源5、多通道荧光透镜6、多光谱探测器驱动板7、荧光滤光片组8、多通道探测器9、多通道信号处理板10，电源管理器11，荧光遮光罩12和光源遮光罩13。

如图1所示，保护窗和多通道荧光透镜都位于外壳体上，光源透镜和多通道荧光透镜面向同一个方向，光源透镜位于保护窗之后，光源滤光片安装于光源透镜和宽光谱光源之间。荧光滤光片组和多通道探测器均安装于多光谱探测器驱动板上，荧光滤光片组位于多通道探测器上端，多光谱探测器驱动板位于多通道荧光透镜后端。

实施例中，外壳1采用316L不锈钢材料，具有防水、防锈、防爆等功能。

保护镜2采用石英片，可以使紫外光谱透过。

光源透镜3选用石英镜片，在200nm-400nm范围内有良好的透过率。光源滤光片4为宽光谱带通滤光片，通带范围在200nm-400nm内，峰值透过率优于50％，在400nm-1200nm范围内完全截止。宽光谱光源5优选脉冲氙灯，可选20W脉冲氙灯，根据需要由多通道信号处理板控制调节发光频率，实现光源的调制。光源透镜、光源滤光片和宽光谱光源通过光源遮光罩13连接为一体，防止光源光谱泄露。

多通道荧光透镜6由多个相同的透镜组成，可采用石英或K9玻璃透镜，在可见光范围内有良好的透过率，透镜数量可根据需求设置，可设置为6个，但不限于6个。荧光滤光片组8由多个不同中心波长的窄带滤光片组成，滤光片数量根据需求设置，可设置为6个，但不限于6个，带宽选为10nm，中心波长可依次选为400nm，420nm，440nm，460nm，480nm，500nm，其峰值透过率优于50％。

多通道探测器9由多个相同的探测器组成，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。

每通道荧光透镜和滤光片之间安装荧光遮光罩12，防止荧光之间的串扰。

多光谱探测器驱动，用于对多通道探测器输出电流信号的预处理，包括前置放大、滤波、荧光多光谱电压信号解调。

多通道信号处理板10以DSP为核心，可选用ADSP2191。用于接收多光谱探测器驱动的模拟电压信号，通过多通道模数转换电路转换为数字信号，并经数字信号预处理，得到荧光多光谱数据，根据多光谱谱型特征及光谱强度，计算出是溢油发生程度及溢油种类，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。

电源管理器11为宽光谱光源5、多光谱探测器驱动板7和多通道信号处理板10提供相应的电源。

多通道水面油实时监测装置运行时，每采集到一次多光谱数据，设为S(n)(n为信号通道数，n＝1，2，3…)，根据多光谱数据计算出信号总强度当信号总强度超出设定的阈值时，继续根据光谱形状信息进一步进行判定，即：利用信号总强度去除多光谱数据，获得归一化的光谱S′(n)＝S(n)/S_T，利用光谱匹配算法将归一化光谱与油荧光曲线数据库中的光谱进行匹配，当与库中某种油的相似度高于设定的值时，判定发生了溢油并输出溢油种类，否则认为没有发生溢油。其中，光谱匹配算法优选信息离散-光谱角度匹配算法。

信息离散-光谱角度匹配算法的公式如下：

SID_SA＝SID*sin(SA)，或者SID_SA＝SID*tan(SA)

$SID={\Σ}_{n=1}^{n=6}\left(S^{\′}\right(n)-R(n\left)\right)*\left(\log \right(S^{\′}\left(n\right))-\log \left(R\right(n))$

$SA=acos\left(\frac{{\Σ}_{n=1}^{n=6}{S}^{\′}\left(n\right)*R\left(n\right))}{\sqrt[2]{{\Σ}_{n=1}^{n=6}{S}^{\′}{\left(n\right)}^2}*\sqrt[2]{{\Σ}_{n=1}^{n=6}R{\left(n\right)}^2}}\right)$

式中R(n)为油荧光曲线数据库中的参考光谱，S′(n)为测量得到待匹配的光谱，R(n)和S′(n)均为归一化光谱。

本实用新型所述的一种多通道水面油实时监测装置，采用探测水面油荧光光谱方法，可以剔除水中其他杂质的影响，多通道结构的设计，有利于判断溢油的种类，精确的预警溢油的发生。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种多通道水面油实时监测装置，其特征在于，包括密封结构的外壳和置于外壳内部的激发光源通道和多通道荧光接收通道，所述激发光源通道和所述多通道荧光接收通道指向同一个方向，并且对应所述激发光源通道的光源投射方向在所述外壳上设有保护镜，对应多通道荧光接收通道接收光线的方向在所述外壳上设有多通道荧光透镜。

2.如权利要求1所述的一种多通道水面油实时监测装置，其特征在于，

所述激发光源通道包括保护镜、光源透镜、光源滤光片和宽光谱光源，所述保护镜、光源透镜、光源滤光片和宽光谱光源按顺序同轴布置。

3.如权利要求2所述的一种多通道水面油实时监测装置，其特征在于，

还包括光源遮光罩，设置在所述保护镜、光源透镜、光源滤光片和宽光谱光源的光轴上。

4.如权利要求1所述的一种多通道水面油实时监测装置，其特征在于，

所述多通道荧光接收通道包括多通道荧光透镜、荧光滤光片组、多光谱探测器驱动板和多通道探测器，所述多通道荧光接收通道与所述多通道探测器同轴布置。

5.如权利要求4所述的一种多通道水面油实时监测装置，其特征在于，

还包括荧光遮光罩，设置在所述多通道荧光透镜和所述多通道探测器之间。

6.如权利要求4所述的一种多通道水面油实时监测装置，其特征在于，

还包括多通道信号处理板，与所述多通道探测器连接。

7.如权利要求4所述的一种多通道水面油实时监测装置，其特征在于，

荧光滤光片组和多通道探测器均安装于多光谱探测器驱动板上，荧光滤光片组位于多通道探测器上端，多光谱探测器驱动板位于多通道荧光透镜后端。

8.如权利要求1所述的一种多通道水面油实时监测装置，其特征在于，

还包括电源管理器，所述电源管理器为设备供电。

9.如权利要求2所述的一种多通道水面油实时监测装置，其特征在于，

所述保护镜采用石英片；

所述光源透镜选用石英镜片，透过率在200nm-400nm范围内；

所述光源滤光片为宽光谱带通滤光片，通带范围在200nm-400nm内，峰值透过率高于50％。