一種非接觸式水面浮油監(jiān)測(cè)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非接觸式水面浮油監(jiān)測(cè)裝置與方法，屬于光電傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著人類活動(dòng)的開(kāi)展，各種水面漏油事件接連不斷，漏油會(huì)漂浮于水面，不但會(huì)給社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)帶來(lái)不可估量的環(huán)境和生態(tài)影響。盡管有各種防止水面漏油的準(zhǔn)備，由于漏油事件的不可預(yù)知性和瞬時(shí)性，如何在第一時(shí)間確定漏油事件的發(fā)生仍然是防止危害擴(kuò)散的最有效方法。
[0003]在各種水面浮油監(jiān)測(cè)技術(shù)中，最關(guān)鍵的就是能夠低成本、實(shí)時(shí)、非接觸、高可靠性的探測(cè)水面浮油的存在。紫外光誘導(dǎo)熒光是一種高靈敏度的非接觸式水面浮油探測(cè)方法。向水面發(fā)射短波長(zhǎng)的光束，當(dāng)水面存在含有多環(huán)芳香烴的油類物質(zhì)時(shí)會(huì)激發(fā)出波長(zhǎng)更長(zhǎng)的熒光，通過(guò)對(duì)熒光的探測(cè)可實(shí)現(xiàn)水面浮油的探測(cè)。
[0004]現(xiàn)有的基于紫外光誘導(dǎo)熒光進(jìn)行水面浮油探測(cè)的技術(shù)中，采用激光雷達(dá)探測(cè)的方法雖然具有很高的靈敏度，但是結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，成本很高，無(wú)法在多個(gè)固定點(diǎn)布置并進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，同時(shí)還存在激發(fā)波長(zhǎng)有限，探測(cè)虛警率高的缺點(diǎn)。
[0005]采用激光誘導(dǎo)熒光并用光譜儀采集熒光連續(xù)光譜進(jìn)行水面浮油監(jiān)測(cè)雖然具有較好的識(shí)別能力，但存在光譜儀靈敏度低、成本高的缺點(diǎn)，難以大范圍推廣。
[0006]近年來(lái)出現(xiàn)了以窄帶紫外LED作為激發(fā)光源進(jìn)行水面浮油探測(cè)的設(shè)備，但是由于目前大功率的紫外LED僅有365nm波長(zhǎng)，對(duì)原油等重油探測(cè)時(shí)效果較好，對(duì)于輕質(zhì)油探測(cè)時(shí)效果不佳，并且由于激發(fā)光源波長(zhǎng)有限，探測(cè)波段僅有一個(gè)，使得虛警率高，對(duì)水面漂浮的其它會(huì)產(chǎn)生熒光的物質(zhì)難以區(qū)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種非接觸式水面浮油監(jiān)測(cè)裝置與方法，具有低成本、非接觸、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、虛警率低的優(yōu)點(diǎn)，可定點(diǎn)安置，適于大范圍推廣。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]—種非接觸式水面浮油監(jiān)測(cè)裝置，包括紫外寬光譜光源、濾光片、濾光片轉(zhuǎn)輪、發(fā)射鏡頭、接收鏡頭、多光譜探測(cè)器和控制與信號(hào)處理器，其中所述紫外寬光譜光源、濾光片和發(fā)射鏡頭組成發(fā)射光路，所述接收鏡頭、多光譜探測(cè)器組成接收光路，所述濾光片在濾光片轉(zhuǎn)輪驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，所述濾光片轉(zhuǎn)輪、紫外寬光譜光源和多光譜探測(cè)器與所述控制與信號(hào)處理器連接。
[0010]紫外寬光譜光源發(fā)出寬光譜紫外光，寬光譜紫外光束經(jīng)濾光片后只有所需譜段透過(guò)，再經(jīng)過(guò)發(fā)射鏡頭投射到被監(jiān)測(cè)水面區(qū)域，接收鏡頭接收被激發(fā)的熒光信號(hào)并會(huì)聚到多光譜探測(cè)器上，控制器同步控制光源和探測(cè)器，采集光電探測(cè)器信號(hào)并進(jìn)行處理，判斷是否有浮油存在。
[0011]所述紫外寬光譜光源光譜輻射至少覆蓋200?400nm光譜范圍，紫外寬光譜光源優(yōu)選脈沖氙燈光源。
[0012]所述濾光片包括通帶為200?400nm的一片寬帶濾光片、以及通帶在200?400nm范圍的多片窄帶濾光片。預(yù)警模式下，濾光片固定在200?400nm位置，判斷模式下其他幾種濾光片順序更換使用。
[0013]所述多光譜探測(cè)器為感光面鍍窄帶濾光膜的光電二極管陣列，通帶覆蓋400?700nm范圍。
[0014]所述發(fā)射鏡頭采用能透過(guò)200?400nm光的單透鏡，優(yōu)選為平凸熔石英透鏡。通過(guò)單透鏡焦距的選擇控制投射到水面的距離和光斑大小。
[0015]所述接收鏡頭采用能透過(guò)400?700nm光的單透鏡，優(yōu)選為平凸K9玻璃透鏡。通過(guò)選擇合適的單透鏡焦距將光斑區(qū)域的光會(huì)聚到多光譜探測(cè)器感光面上。
[0016]所述控制與信號(hào)處理器協(xié)調(diào)紫外寬光譜光源、探測(cè)器及濾光片轉(zhuǎn)輪工作，包括紫外寬光譜光源驅(qū)動(dòng)、多光譜探測(cè)器驅(qū)動(dòng)、濾光片轉(zhuǎn)輪控制、信號(hào)預(yù)處理、光譜數(shù)據(jù)處理、對(duì)外接口?？刂婆c信號(hào)處理器通過(guò)對(duì)紫外寬光譜光源、濾光片轉(zhuǎn)輪、多光譜探測(cè)器的同步控制，實(shí)現(xiàn)浮油熒光光譜數(shù)據(jù)的獲取，進(jìn)一步通過(guò)數(shù)據(jù)處理得出是否有浮油的結(jié)果，通過(guò)對(duì)外接口如無(wú)線通信接口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。
[0017]—種非接觸式水面浮油監(jiān)測(cè)方法，采用紫外寬光譜光源，寬光譜光束經(jīng)濾光片過(guò)濾后由發(fā)射鏡頭投射到被監(jiān)測(cè)水面區(qū)域，通過(guò)更換濾光片獲得多種光譜的激發(fā)光源，從而激發(fā)出多種不同的熒光光譜。
[0018]激發(fā)熒光采用多光譜探測(cè)器接收，通過(guò)分析采集的多光譜熒光信息判斷水面油的存在。
[0019]分預(yù)警和判斷兩種工作模式，預(yù)警模式下，選擇寬帶帶通濾光片，在沒(méi)有熒光信號(hào)時(shí)保持固定，當(dāng)出現(xiàn)熒光信號(hào)時(shí)，采用判斷模式，更換多個(gè)濾光片，采集不同激發(fā)光源下的多光譜熒光信號(hào)，利用多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，降低虛警率。
[0020]本發(fā)明的有益效果是采用多光譜光源和多光譜探測(cè)器，并通過(guò)兩種工作模式使得虛警率降到最低；并同時(shí)具有低成本、非接觸和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明所述一種非接觸式水面浮油監(jiān)測(cè)裝置原理圖。
[0022]圖中:
[0023]I為寬光譜光源，2為濾光片，3為發(fā)射鏡頭，4為激發(fā)光光束，5為待測(cè)水面，6為激發(fā)的熒光光束，7為接收鏡頭，8為多光譜探測(cè)器，9為控制與信號(hào)處理器，10為濾光片轉(zhuǎn)輪。
[0024]圖2為多光譜探測(cè)器的濾光膜通帶曲線。
[0025]圖3為控制與信號(hào)處理器功能框圖。
[0026]圖4為水面浮油監(jiān)測(cè)裝置工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體闡述，需要指出的是，本發(fā)明的技術(shù)方案不限于實(shí)施例所述的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員參考和借鑒本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，在本發(fā)明的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0028]如圖1-4所示，本發(fā)明實(shí)施例所述的一種非接觸式水面浮油監(jiān)測(cè)裝置，包括紫外寬光譜光源、濾光片、濾光片轉(zhuǎn)輪、發(fā)射鏡頭、接收鏡頭、多光譜探測(cè)器和控制與信號(hào)處理器，其中所述紫外寬光譜光源、濾光片和發(fā)射鏡頭組成發(fā)射光路，所述接收鏡頭、多光譜探測(cè)器組成接收光路，所述濾光片在濾光片轉(zhuǎn)輪驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，所述濾光片轉(zhuǎn)輪、紫外寬光譜光源和多光譜探測(cè)器與所述控制與信號(hào)處理器連接。
[0029]紫外寬光譜光源發(fā)出寬光譜紫外光，寬光譜紫外光束經(jīng)濾光片后只有所需譜段透過(guò)，再經(jīng)過(guò)發(fā)射鏡頭投射到被監(jiān)測(cè)水面區(qū)域，接收鏡頭接收被激發(fā)的熒光信號(hào)并會(huì)聚到多光譜探測(cè)器上，控制器同步控制光源和探測(cè)器，采集光電探測(cè)器信號(hào)并進(jìn)行處理，判斷是否有浮油存在。
[0030]所述紫外寬光譜光源光譜輻射至少覆蓋200?400nm光譜范圍，紫外寬光譜光源優(yōu)選脈沖氙燈光源。
[0031]所述濾光片包括通帶為200?400nm的一片寬帶濾光片、以及通帶在200?400nm范圍的多片窄帶濾光片。預(yù)警模式下，濾光片固定在200?400nm位置，判斷模式下其他幾種濾光片順序更換使用。
[0032]所述多光譜探測(cè)器為感光面鍍窄帶濾光膜的光電二極管陣列，通帶覆蓋400?700nm范圍。
[0033]所述發(fā)射鏡頭采用能透過(guò)200?400nm光的單透鏡，優(yōu)選為平凸熔石英透鏡。通過(guò)單透鏡焦距的選擇控制投射到水面的距離和光斑大小。
[0034]所述接收鏡頭采用能透過(guò)400?700nm光的單透鏡，優(yōu)選為平凸K9玻璃透鏡。通過(guò)選擇合適的單透