專利名稱：利用表面反射對水面上的油進行連續(xù)檢測的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用表面反射對水面上的油進行連續(xù)檢測的設(shè)備。
公知利用對油成分的鑒別實現(xiàn)對水污染的檢測，所述的油成分將造成環(huán)境的破壞、導(dǎo)致水變質(zhì)和氧交換過程的變化，并伴隨造成對水生物的有害影響。
這些技術(shù)可用于各種情況，例如對工廠廢水的監(jiān)測、旨在對機場區(qū)的沖洗水進行調(diào)節(jié)和監(jiān)視的對水質(zhì)的監(jiān)控。
由于水和油所具有的比重不同，所以油類物質(zhì)大多分布在水的表面并且這將需要應(yīng)用對兩種物質(zhì)間界面進行分析的方法。在有關(guān)廢水的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)(1999年5月11日生效的DLgsn°152)中明確地對“總碳氫化合物”的參數(shù)作了規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)的測定是以應(yīng)用分析方法為前提的，所述方法簡單、敏捷、費用低廉和可靠，還可以連續(xù)和自動進行。
用于對水面上的油進行檢測的方法必須具有下述特性-可以對油的存在進行頻繁和連續(xù)的迅速的檢測；-工作方法簡單，因而可以可靠地適用于各種工廠；-不太易于受到環(huán)境的影響；-其敏感度足以實現(xiàn)對水面上薄油膜的檢測；-僅需有限的維護；-可以去除掉由存在的具有不同的特性的水表面成分(樹葉葉片、有機物殘渣等)衍生的虛假的干擾信號；-減少由于諸如水位和水表面的不平整和對日光的反射等因素造成的影響；-當(dāng)數(shù)值超過預(yù)置的門限時，可以發(fā)出報警信號；目前應(yīng)用的對水面的油進行檢測的設(shè)備和方法基本可以分為兩大類-利用反射實現(xiàn)被水面上油層反射的光線強度的變化的測量；
-利用熒光實現(xiàn)油層被相應(yīng)的波長的光線激發(fā)而發(fā)出的熒光的測量。
在上述兩種情況下，設(shè)備都不與水面直接接觸。
通常對反射設(shè)備的應(yīng)用較為廣泛；由反射設(shè)備發(fā)出用于對油進行檢測的光線可以垂直于水面并且其中設(shè)備設(shè)置在距水面固定距離的位置上，該距離可以從幾十厘米到幾米，或者設(shè)備也可以與同一水面形成除直角外的夾角并且這時大大受到水位的影響并且必須對特定的器件進行適應(yīng)性調(diào)整，以便對該缺點進行補償。
針對上述已有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于提出一種利用表面反射對水面上的油進行連續(xù)檢測的設(shè)備，其中采用該設(shè)備可以避免上述的問題。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過采用一種用于對水面上的油進行連續(xù)檢測的設(shè)備得以實現(xiàn)，所述設(shè)備包括至少一個光源，該光源沿傾斜于所述水面的第一方向發(fā)出一特定波長的光線；一個檢測器，所述檢測器配備有至少一個接收器件，所述接收器件的設(shè)置應(yīng)使其可以接收到被所述水面沿與第一方向?qū)ΨQ的第二方向反射的光線；一個對來自所述檢測器的數(shù)據(jù)進行采集和處理的系統(tǒng)，其特征在于，所述光源和所述接收器件設(shè)置在位于浮子上的浮動平臺上，從而使兩者與所述水面有一必要的固定距離。
下面將借助本發(fā)明的一個實施例對本發(fā)明的特征和優(yōu)點加以詳細的說明，所述實施例在附圖中僅為舉例，不具有限定作用。圖中示出

圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施例的一種用于對油進行連續(xù)檢測的設(shè)備的示意圖；圖2為圖1所示設(shè)備的方框圖；圖3為圖1所示的生成和接收光波的設(shè)備的實施例的局部縱剖視圖；圖4為圖1所示實施例的變型的設(shè)備的部分的示意圖；和圖5為置放在平臺上的圖1所示設(shè)備的俯視圖。
圖1示出一種根據(jù)本發(fā)明實施例的用于對水面50上的油進行連續(xù)檢測的設(shè)備1。所述設(shè)備1包括一由光激發(fā)器2和檢測器3構(gòu)成的裝置100，所述裝置100利用浮體5設(shè)置在距水面恒定距離的平臺4(圖5)上，所述浮體依次設(shè)置在距測量點有充分距離位置處，以便不致改變樣品的物理特性。光激發(fā)器2發(fā)射一傾斜的光束，所述光束具有一定的波長并在水面上被調(diào)角，所述水面根據(jù)空氣-油-水物質(zhì)的折射率以一定的比率對稱地對光線進行反射，由檢測器3對光線進行檢測。檢測器對有關(guān)水面存在油的情況的不同的電信號形式的數(shù)據(jù)加以記錄并將其發(fā)送給圖2所示的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)6，所述系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行記錄和存儲。
光激發(fā)器2由一激光二極管構(gòu)成，所述激光二極管可以以例如應(yīng)用波長為670納米的方形波時的10Hz頻率，發(fā)射其直徑的數(shù)量級為毫米并且功率的數(shù)量級為毫瓦的光線。
在圖3中舉例清楚的示出的檢測器3包括光學(xué)器件，所述光學(xué)器件的設(shè)置與入射光線相關(guān)，從而甚至在入射角的變化大約為±14°時也可以檢測到被反射的光線。檢測器3包括一硅光電二極管10，該光電二極管對反射的光敏感并具有為100mm2的敏感區(qū)11，在反射光線的到達方向的該敏感區(qū)的前面有一濾除日光的器件，該器件具有兩個透鏡7和8和一干涉濾光片9，所述濾光片用于對日光進行濾除并設(shè)置在兩個透鏡7和8之間，其直徑為50mm和其半最大值全寬(FWHM)為10nm。檢測器3還具有一個光學(xué)器件12，該器件可以用于防止在透鏡7或8上冷凝液的形成，例如該器件是如圖2所示的配備有一個恒溫器41的電阻40。
光電二極管10、透鏡7和8、濾光片9和光學(xué)器件12設(shè)置在機體13內(nèi)，所述機體通過法蘭14與中心機體15連接；激光二極管2通過一法蘭16與同一中心機體連接。裝置100設(shè)置在一中空的圓柱體17內(nèi)，該圓柱體具有一個罩蓋件18，以防止大氣物質(zhì)的進入。激光二極管2和檢測器3的設(shè)計功能是通過與平臺4的夾角不是90°，例如是30°實現(xiàn)的。
數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)6包括有一個采集卡20，該卡設(shè)置在用于計算機22進行數(shù)據(jù)交換的接口21的內(nèi)部。所述計算機包括有一個用于對來自接口21的數(shù)據(jù)進行處理的系統(tǒng)23和用于顯示經(jīng)處理的數(shù)據(jù)的顯示器24?？?0對來自檢測器3的并通過115Hz的低通濾波器25的模擬信號進行采集并將模擬信號發(fā)送給激光二極管2，以便對調(diào)制進行控制。
接口21還包括一直流電源31和32，例如31的電壓為15伏和-15伏，32的電壓為24伏，以便實現(xiàn)用電源31對激光二極管2和檢測器3的供電，用電源32對電阻40供電。由同軸電纜連接器(BNC)和多極連接器對接口21和裝置100進行連接。
設(shè)備1還包括一聲響、發(fā)光或電子報警器，所述報警器設(shè)置在計算機22內(nèi)并且可與可能有的過程控制系統(tǒng)接口；當(dāng)檢測出的一個數(shù)據(jù)值超過預(yù)定的門限時，該報警器將被激活。
平臺4由低反射材料構(gòu)成并且其尺寸的大小應(yīng)足以實現(xiàn)避免日光干擾的對檢測器3的屏蔽。
本發(fā)明的設(shè)備1可以實現(xiàn)對水面上的其最小理論厚度為10nm的油的檢測。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的改型，為改善測量質(zhì)量，通過設(shè)置n個測量點可實現(xiàn)對檢測區(qū)的擴展。在此情況時，不管是對光信號的激發(fā)，還是對光信號的接收時的傳輸都是應(yīng)用光纖進行的，但對信號的處理過程與第一實施例的過程相同。設(shè)備1可以是如圖4所示的另一種設(shè)備200，其中激光二極管2與一光開關(guān)201連接，所述開關(guān)具有一個輸入端和n個輸出端，所述n個輸出端可以使激光束被順序傳入n個光纖300，所述光纖的另一端接在相應(yīng)的透鏡上。檢測器3由一個單獨的光電二極管10構(gòu)成，該光電二極管與n個接收光纖600連接，或者也可以由n個光電二極管10構(gòu)成，所述n個光電二極管替代n根光纖600。在任何情況下，檢測器3都與上述的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)6連接。采用所述設(shè)備200可以在不同的測量點進行多點檢測，從而可以對水的污染程度進行更為準(zhǔn)確的確定。另外，僅有光纖300和600的端在懸浮平臺4上并且精確地設(shè)置在沿平臺的方孔的支座401上，因而光電器件可與測量點分開。門限信號的超過是建立在對n個來自n根光纖600的信號與按照預(yù)置的標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)門限值的比較的基礎(chǔ)上的。其報警方法與上面所述的方法相同。
n根光纖300優(yōu)選為多模光纖并且在上述本發(fā)明實施例的變型方案中的檢測器3的光電二極管10的敏感區(qū)11的數(shù)量級為100mm2。
利用本發(fā)明的兩個實施例的設(shè)備1可實現(xiàn)的技術(shù)效果如下具有對油進行檢測的充分的敏感度，甚至油以在肉眼可見的油彩虹相同的規(guī)模級的很薄的層形式存在時，也是如此，從而解決了由對可能的水面油污染現(xiàn)象的觀測引發(fā)的爭論，其結(jié)構(gòu)堅固并且整體不受環(huán)境條件的影響，適用于在極端條件下使用，
通過平臺與對可能的油溢出流不會造成影響的浮體的連接，從而不會受到水位變化的影響，并不會由于其它浮游物的存在必須進行校準(zhǔn)和主動干涉，由于使用的是非復(fù)雜的但仍能保證預(yù)期的性能的器件，因而可以實現(xiàn)安全和可靠的測量和低的成本，由于采用的是非接觸性的測量方法和具有電阻-加熱器件，因而不會對光學(xué)部分上造成污染并且也不會在其表面上形成冷凝。
權(quán)利要求
1.一種用于對水面(50)上的油進行連續(xù)檢測的設(shè)備，包括至少一個光源(2；2、300)，所述光源向傾斜于水面(50)的第一方向發(fā)送特定波長的光線；一個檢測器(3)，所述檢測器配備有至少一個接收器件(3；3、600)，所述接收器件的設(shè)置應(yīng)使其可以接收到被所述水面(50)沿與第一方向?qū)ΨQ的第二方向反射的光線；一個對來自檢測器(3)的數(shù)據(jù)進行采集和處理的系統(tǒng)(6)，其特征在于，所述光源(2；2、300)和所述接收器件(3；3、600)設(shè)置在位于浮體(5)上的浮動平臺(4)上，使兩者與所述水面(50)有一必要的固定距離。
2.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個光源(2)是一個設(shè)置在所述平臺(4)上的激光二極管。
3.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個光源(2、300)是由n根光纖(300)構(gòu)成的，所述光纖的輸入端與平臺(4)外部的激光二極管(2)連接并且其輸出端固定在平臺(4)上。
4.按照權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，n根光纖的所述輸入端通過光開關(guān)(201)與所述激光二極管(2)連接。
5.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個接收器件(3)是一個設(shè)置在所述平臺(4)上的光電二極管(10)。
6.按照權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述檢測器(3)包括一光學(xué)器件，所述光學(xué)器件在反射光線的到達方向前置于所述光電二極管(10)，所述光學(xué)器件由一個干涉濾光片(9)構(gòu)成，所述濾光片設(shè)置在兩個聚焦透鏡(7、8)之間，所述濾光片(9)的作用在于濾除掉日光。
7.按照權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，檢測器(3)包括一個電阻-加熱器(12)，該電阻-加熱器用于避免在所述聚焦透鏡(7、8)上形成冷凝。
8.按照權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述光電二極管(10)具有一個敏感區(qū)(11)，所述敏感區(qū)基本等于100mm2。
9.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個接收器件(3、600)是由n根光纖(600)構(gòu)成，光纖的輸出端與至少一個在平臺外的光電二極管(10)連接并且光纖的輸入端固定在平臺(4)上。
10.按照權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，n根光纖(600)的所述的輸出端與單獨一個光電二極管(10)連接。
11.按照權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個接收器件(3、600)由n個光電二極管(10)構(gòu)成。
12.按照權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個光電二極管(10)具有數(shù)量級為100mm2的敏感區(qū)(11)。
13.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(6)包括一個報警系統(tǒng)(60)，當(dāng)來自檢測器(3)的一個所述數(shù)據(jù)的值超過預(yù)置門限時，報警器被激活。
14.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述浮體(5)的設(shè)置應(yīng)不致造成對水和被檢測的溢出的油的自然流的障礙。
15.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述平臺(4)由低反射的材料構(gòu)成并且其大小應(yīng)足以構(gòu)成對檢測器(3)避免受到日光影響的屏蔽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對水面上的油進行連續(xù)檢測的設(shè)備,包括:一個光源,所述光源沿傾斜于水面的第一方向發(fā)送一特定波長的光線;一個檢測器,所述檢測器配備有至少一個接收器件,所述接收器件的設(shè)置應(yīng)使其可以接收到被水面沿與第一方向?qū)ΨQ的第二方向反射的光線;一個對來自檢測器的數(shù)據(jù)進行采集和處理的系統(tǒng)。光源和接收器件設(shè)置在位于浮體上的浮動平臺上,從而使其與水面存在一基本固定的距離。
文檔編號G01N21/15GK1326097SQ01118300
公開日2001年12月12日 申請日期2001年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月31日
發(fā)明者伊莎貝拉·卡雷爾, 瓦爾特·馬丁諾蒂 申請人:意大利吉亞辛托·莫塔電工實驗中心股份公司(Cesi)