具有双光源的液面油污测量系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有双光源的液面油污测量系统，其特征在于，两个激光器分别发射波长为355nm和532nm的脉冲线偏振光，两个激光器交替发射的两种激光束经过保偏光纤耦合器后到达准直扩束器，然后照射到达液面，光束经液面散射后到达光纤准直透镜，接着到达分束器并在分束器中分成两束光，其中一束光进入光谱仪，另一束光进入偏振态测试仪，光谱仪和偏振态测试仪得出的结果输入到信号分析系统中进行数据融合分析处理。本发明的有益之处在于：可以定性的判定液面的油污种类以及定量测量油污厚度；光源为脉冲线偏光源，有效的提高了抗干扰能力；将两种不同波长光源的测量结果进行对比检测，有效的减小了测量误差。
【专利说明】具有双光源的液面油污测量系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种液面油污测量系统，具体涉及一种具有双光源的液面油污测量系统，属于测量设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]现有的液面油污测量系统主要存在以下缺点:
[0003]1、抗干扰能力较弱，易受周围环境的影响；
[0004]2、测量范围较小，无法进行全方位的扫描探测；
[0005]3、进行判断的数据较少且不全面，无法精确地得出结论，存在较大的误差；
[0006]4、测量精度低。
[0007]另外，现有的机载探测系统对激光发射器、信号接收系统、信号处理系统，以及承载平台等均提出相当高的要求，技术实现的难度较大。
【发明内容】
[0008]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种误差小、精度高、抗干扰能力强、既可以测出液面的油污种类又可以测出油污厚度的具有双光源的液面油污测量系统。
[0009]为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案:
[0010]一种具有双光源的液面油污测量系统，其特征在于，包括:两个激光器、保偏光纤耦合器、支架、准直扩束器、光纤准直透镜、分束器、光谱仪、偏振态测试仪和信号分析系统，前述两个激光器分别发射波长为355nm的脉冲线偏振光和波长为532nm的脉冲线偏振光，前述准直扩束器和光纤准直透镜安装在前述支架上；
[0011]前述两个激光器交替发射的两种激光束经过保偏光纤耦合器后到达准直扩束器，然后照射到达液面，光束经液面散射后到达光纤准直透镜，接着到达分束器并在分束器中分成两束光，其中一束光进入光谱仪，另一束光进入偏振态测试仪，光谱仪和偏振态测试仪得出的结果输入到信号分析系统中进行数据融合分析处理。
[0012]前述的具有双光源的液面油污测量系统，其特征在于，测量系统采用保偏光纤输出激光。
[0013]前述的具有双光源的液面油污测量系统，其特征在于，前述支架为二维旋转俯仰可调支架。
[0014]本发明的有益之处在于:
[0015]1、测量系统根据后向散射的光谱分布、退偏程度以及荧光激发的情况，可以定性的判定液面的油污种类以及定量测量油污厚度；
[0016]2、测量系统中的光源为脉冲线偏光源，有效的提高了抗干扰能力；
[0017]3、整个测量系统交替利用两种不同波长的光源(波长355nm脉冲线偏振光和波长532nm脉冲线偏振光)，并将两种不同波长光源的测量结果输入到信号分析系统中进行数据融合分析处理，充分利用了信息资源，实现了优化配置、功能相互支援和任务综合分配，使得所得的结果精度高、误差小。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明具有双光源的液面油污测量系统的组成原理图；
[0019]图2是532nm激光照射某一厚度石油激发荧光光谱图；
[0020]图3是532nm激光照射四种不同厚度机油的后向散射谱；
[0021]图4是532nm激光照射同一厚度不同油污的后向散射谱。
[0022]图中附图标记的含义:1-激光器，I 激光器，2-保偏光纤耦合器，3-支架，4-准直扩束器，5-光纤准直透镜,6-分束器,7-光谱仪,8-偏振态测试仪,9-信号分析系统。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0024]参照图1，本发明的具有双光源的液面油污测量系统包括:两个激光器(分别记为激光器1、激光器I’)、保偏光纤稱合器2、支架3、准直扩束器4、光纤准直透镜5、分束器6、光谱仪7、偏振态测试仪8和信号分析系统9,其中,激光器I发射波长为355nm的脉冲线偏振光，激光器I’发射波长为532nm的脉冲线偏振光,准直扩束器4和光纤准直透镜5均安装在支架3上，为保证准直扩束器4与光纤准直透镜5的光轴平行，支架3优选为二维旋转俯仰可调支架。
[0025]本发明的具有双光源的液面油污测量系统，其测量原理如下:
[0026]激光器I和激光器I’交替地发射两种激光束，两种激光束经过保偏光纤耦合器2后到达准直扩束器4，然后照射到达液面，光束经液面散射后到达光纤准直透镜5 (优选大口径光纤准直透镜)，接着到达分束器6，并在分束器6中分成两束光，其中一束光进入光谱仪7，另一束光进入偏振态测试仪8，光谱仪7和偏振态测试仪8得出的结果(包括:光谱分布、偏振程度、荧光谱分布等)输入到信号分析系统9中进行数据融合分析处理。
[0027]测量系统所使用的光纤均为保偏光纤。
[0028]测量对象:石油、原油、重油等油污。
[0029]测量范围:0.3m_30m。
[0030]测量数据:光谱分布、退偏分布、荧光谱分布。
[0031]本发明的测量系统根据后向散射的光谱分布、退偏程度以及荧光激发的情况，可以定性的判定液面的油污种类以及定量测量油污厚度，详细说明如下:
[0032](I)、当一短波长激光(如532nm)照射油污表面时，可激发较长波长荧光，光谱仪既可得到后向散射谱，又可获取荧光光谱，如图2所示。由于①不同波长(532nm，355nm)激发相同油污的荧光光谱不同、②同一波长激光激发不同油污的荧光强度不同、③线偏振光激发不同油污的后向散射光偏振度不同，所以综合上述3个特征，即可精确的定性油污的种类。
[0033](2)、不同厚度的同种油污在某一波长(如532nm)激光照射下，其后向散射强度差异较大，虽受干扰后略有波动，但双波长激光照射可避免各种抖动和干扰，如图3所示。相同厚度的不同油污在同一波长激光照射下，差异明显，如图4所示。综合上述两点，即可在已知油污种类后，精确的给出油污厚度，误差小于5%。
[0034]本发明的测量系统能够有效的减小测量误差，详细说明如下:
[0035]光谱仪7给出荧光光谱结果，偏振态测试仪8给出偏振度的结果，两种波长的荧光光谱和偏振度结果输入到信号分析系统9中进行数据融合，分析处理，即可定性判定油污的种类，在石油、原油、机油、润滑油和重油的定性测量上，精度达100%。在获知油污的种类后，分析处理光谱仪7给出并输入到信号分析系统9的散射光谱结果，两种波长的散射光谱融合分析，即可定量的给出油污的厚度，在石油、原油、机油、润滑油和重油的定量测量上，单波长的误差为7%,数据融合后,误差小于5%。
[0036]由此可见，本发明的具有双光源的液面油污测量系统与现有的液面油污测量系统相比，具有定性判定精确、定量测量误差小等优势。
[0037]需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.具有双光源的液面油污测量系统，其特征在于，包括:两个激光器保偏光纤耦合器(2)、支架(3)、准直扩束器(4)、光纤准直透镜(5)、分束器￠)、光谱仪(7)、偏振态测试仪(8)和信号分析系统(9)，所述两个激光器分别发射波长为355nm的脉冲线偏振光和波长为532nm的脉冲线偏振光,所述准直扩束器(4)和光纤准直透镜(5)安装在所述支架⑶上； 所述两个激光器(1，1’ )交替发射的两种激光束经过保偏光纤耦合器(2)后到达准直扩束器(4)，然后照射到达液面，光束经液面散射后到达光纤准直透镜(5)，接着到达分束器(6)并在分束器(6)中分成两束光,其中一束光进入光谱仪(7),另一束光进入偏振态测试仪(8)，光谱仪(7)和偏振态测试仪⑶得出的结果输入到信号分析系统(9)中进行数据融合分析处理。
2.根据权利要求1所述的具有双光源的液面油污测量系统，其特征在于，测量系统采用保偏光纤输出激光。
3.根据权利要求1所述的具有双光源的液面油污测量系统，其特征在于，所述支架(3)为二维旋转俯仰可调支架。
【文档编号】G01N21/64GK104330394SQ201410641554
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】曹长庆, 曾晓冬, 王香, 来志, 任杰, 潘泽威, 成迎虹 申请人:西安电子科技大学