一种溢油监测与识别装置的制作方法

本实用新型涉及海洋环境保护领域，尤其涉及一种溢油监测与识别装置。

背景技术：

随着工业建设的快速发展，各个国家对石油的依赖性越来越大，在使石油产量和运输量的不断增加的同时，溢油事故也频繁发生，使涉及石油生产及运输的企业单位面临着巨大的压力。溢油事故发生不但给企业带来了经济损失，而且还给环境与社会造成了巨大的灾难，如果人们能在在溢油的初期及时发现溢油源头并进行处理，将极大减少受到的损失和遭受的污染。

应用紫外荧光法原理的溢油监测方法不受太阳光影响，既能在白天工作，又能在夜晚工作，准确性和灵敏度较高。但现有的一些港口利用紫外荧光法的溢油监测设备与方案，大都只能单纯的检测到荧光，对于溢油的种类无法识别，容易将干扰物误判为溢油，误报率高，功能单一。而一些能对溢油种类进行判断识别的仪器，构造复杂，价格昂贵，不适合大面积推广与使用。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本实用新型提供了一种溢油监测与识别装置，以解决上述现有设备与方案无法识别溢油种类、误报率高、构造复杂以及价格昂贵等问题。

为了解决上述问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种溢油监测与识别装置，包括控制单元、光源、采集光单元、光谱仪、测距单元和数据处理单元；其中，所述光源由所述控制单元控制射出光线照射目标区域，以激发目标区域产生荧光；所述采集光单元用于采集目标区域产生的荧光并发送到所述光谱仪中；所述光谱仪用于对接收到的荧光进行分析处理获得光谱数据，将光谱数据发送给所述数据处理单元；所述测距单元用于实时测量所述溢油监测与识别装置到目标区域海面的探测距离并发送给所述数据处理单元；所述数据处理单元中预存有标准数据库，所述标准数据库包括不同溢油种类对应的峰值光强及其波长的第一数据库，还包括不同溢油膜厚对应的峰值光强及其探测距离的第二数据库；所述数据处理单元将从所述光谱仪和测距单元接收到的光谱数据和探测距离与所述标准数据库的数据进行匹配，识别出溢油种类和溢油膜厚的信息发送到监控终端。

优选地，所述光谱仪为微型光谱仪。

优选地，所述光源包括激光器和扩束镜，所述激光器发射的激光通过所述扩束镜扩束后照射到目标区域。

优选地，所述激光器发射的激光波长为365nm。

优选地，所述采集光单元包括平凸镜、滤光片以及准直镜，所述平凸镜用于收集所述目标区域的荧光，所述滤光片用于将所述平凸镜收集的荧光进行过滤，所述准直镜将由所述滤光片过滤的荧光准直后射入到所述光谱仪。

优选地，所述滤光片可透光的波长范围是400～650nm。

优选地，所述数据处理单元还将识别出的溢油种类和溢油膜厚的信息发送到所述控制单元，所述控制单元还连接有扩展功能部件，所述扩展功能部件包括声光报警器、拍摄设备、GPS模块和显示屏中的一种或两种以上。

优选地，所述扩展功能部件还包括无线通讯模块，所述数据处理单元将识别出溢油种类和溢油膜厚的信息依次通过所述控制单元和无线通讯模块发送到所述监控终端中。

优选地，所述监测与识别装置还内置无线通讯模块，所述数据处理单元通过所述无线通讯模块发送识别信息到监控终端。

优选地，所述监测与识别装置还包括供电电源，与所述控制单元连接，为所述监测与识别装置进行供电。

本实用新型提供的一种溢油监测与识别装置，利用光源照射目标区域，使目标区域的溢油产生荧光，对荧光进行收集以及数据处理来识别出溢油种类和溢油膜厚的信息，将该信息发送到监控单元，以此实现对目标区域的溢油监测与识别。其中，相对于现有技术，本实用新型采用的微型光谱仪能以较低的成本满足监测与识别的需要；通过采用激光光源有利于提高激发的荧光强度，便于收集并处理；利用荧光的波峰值进行种类匹配，无需从整个光谱的基础上进行处理，极大减少了数据处理量；通过数据处理与控制分别以不同处理器进行分担完成的工作模式，降低数据处理单元的数据处理负担，提高装置的工作效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种溢油监测与识别装置的结构示意图；

图2是所述监测与识别装置内设无线通讯模块的结构示意图；

图3是所述光源的工作示意图；

图4是所述采集光单元的工作示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本实用新型的实施方式仅仅是示例性的，并且本实用新型并不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

对于溢油，由于其荧光基团的作用，在一定波长的光照射下，可以产生更长波长荧光，不同种类的溢油由于组成成分不同，产生的荧光光谱也不同，而荧光光谱与激发波长无关，根据溢油的这一特性，可通过荧光光谱对溢油的种类进行鉴别。

参照图1所示，基于以上原理，本实施例提供了一种溢油监测与识别装置，包括控制单元1、光源2、采集光单元3、光谱仪4、测距单元5和数据处理单元6。

其中，所述光源2由所述控制单元1控制射出光线照射目标区域，以激发目标区域产生荧光；

所述采集光单元3用于采集目标区域产生的荧光并发送到所述光谱仪4中；所述光谱仪4用于对接收到的荧光进行分析处理获得光谱数据，将光谱数据发送给所述数据处理单元6；所述测距单元5用于实时测量所述溢油监测与识别装置到目标区域海面的探测距离并发送给所述数据处理单元6；所述数据处理单元6中预存有标准数据库，所述标准数据库包括不同溢油种类对应的峰值光强及其波长的第一数据库，还包括不同溢油膜厚对应的峰值光强及其探测距离的第二数据库；所述数据处理单元6将从所述光谱仪4和测距单元5接收到的光谱数据和探测距离与所述标准数据库的数据进行匹配，识别出溢油种类和溢油膜厚的信息发送到监控终端7。

在本实施例中，所述数据处理单元6无需对整体光谱数据进行处理分析，以其峰值点作为特征点进行判断，极大减少了对处理器的要求。因此，示例性地，所述控制单元1可选择采用单片机、DSP或FPGA/CPLD的最小系统，或由上述最小系统添加部分外设制成。所述数据处理单元6采用ARM、DSP处理器和工控机等数据处理器。所述监控终端7可以为电脑和手机等智能设备，用户通过监控终端7接收溢油种类和溢油膜厚的信息以随时监控目标区域是否发生溢油。本实施例通过数据处理与控制分别以不同处理器进行分担完成的工作模式，降低数据处理单元6的数据处理负担，提高所述监测与识别装置的工作效率。

近年来由于光纤技术、光栅技术及阵列式探测器技术的发展和成熟，微型光谱仪已相当成熟，完全满足本实施例的监测需求。因此在本实施例中，所述光谱仪4为微型光谱仪。本实施例提供的微型光谱仪不需要溢油的完整光谱图，只需要在后台测得的各个波长对应的光强数据，将获得的光谱数据发送给所述数据处理单元6即可，相对现有技术常用的能对溢油种类进行判断识别的溢油监测设备，以更简单以及更低成本方式实现了溢油的准确监测，种类以及厚度的识别。

具体地，如图3所示，所述光源2包括激光器21和扩束镜22，所述激光器21发射的激光通过所述扩束镜22扩束后照射到目标区域，使目标区域的溢油产生更长波长的荧光。在本实施例中，激光器21采用波长为365nm的单波长激光器，因为选用365nm能比较有效的激发荧光；而选用激光器21作为光源的好处是激光的功率高，相应激发的荧光强度大，便于探测。

具体地，如图4所示，所述采集光单元3包括平凸镜31、滤光片32以及准直镜33，所述平凸镜31用于收集所述待测区域的荧光，所述滤光片32用于将所述平凸镜31收集的荧光进行过滤，所述准直镜33将由所述滤光片32过滤的荧光准直后射入到所述光谱仪4。在本示例中，采用大口径的平凸镜31对目标区域的荧光进行收集；由于荧光主要集中在400nm～650nm这一范围，故本实施例选用可透光的波长范围是400～650nm的滤光片32，排除掉光源2的反射光等收集荧光时一并收集到的多余的光，剔除无用的数据，以减轻所述监测与识别装置的工作量。

具体地，所述数据处理单元6还将识别出的溢油种类和溢油膜厚的信息发送到所述控制单元1，所述控制单元1还连接有扩展功能部件8，所述扩展功能部件8包括声光报警器、拍摄设备、GPS模块和显示屏中的一种或两种以上。

其中，所述声光报警器作为扩展功能部件8与所述控制单元1连接，当所述控制单元1接收到溢油种类和溢油膜厚的信息，将控制所述声光报警器发出警报。通过设置声光报警器有利于更迅速地发现溢油，使所述监测与识别装置更智能化和人性化。

示例性地，所述拍摄设备作为扩展功能部件8与所述控制单元1连接，当所述控制单元1接收到溢油种类和溢油膜厚的信息，将控制所述拍摄设备对目标区域进行拍摄。利用所述拍摄设备对发生溢油的目标区域进行拍摄取样，便于更加直观地了解现场的溢油情况以及将影像作为记录。

示例性地，所述GPS模块作为扩展功能部件8与所述控制单元1连接，当所述控制单元1接收到溢油种类和溢油膜厚的信息，将控制所述GPS模块进行定位。用户可通过所述GPS模块对所述监测与识别装置进行定位，再通过装置的测距单元5等确定溢油的具体位置，便于快速并精确地找出发生溢油的地点。

示例性地，所述显示屏作为扩展功能部件8与所述控制单元1连接，当所述控制单元1接收到溢油种类和溢油膜厚的信息，对控制单元1接收到的溢油种类和溢油膜厚的信息进行显示，除通过监控终端7对目标区域进行监控外，用户还可以通过所述显示屏实时地了解当前目标区域的监测信息。

示例性地，所述扩展功能部件8还包括无线通讯模块9，所述数据处理单元6将识别出溢油种类和溢油膜厚的信息依次通过所述控制单元1和无线通讯模块9发送到所述监控终端7中。

参照图2所示，示例性地，所述监测与识别装置还内置无线通讯模块9，所述数据处理单元6通过所述无线通讯模块9发送识别信息到监控终端7。在本实施例中，所述监测与识别装置可以利用无线通讯模块9，将数据处理单元6处理获得的识别信息直接通过无线网络发送到所述监控终端7上。

具体地，所述监测与识别装置还包括供电电源10，与所述控制单元1连接，为所述监测与识别装置进行供电。

由于不同溢油类的化学组成相似，但其荧光基团有很大的区别，所产生的荧光光谱峰值也就会有很大区别，因此，本实施例提供的溢油监测与识别装置在正式使用前，可以通过实验等途径获得不同种类的溢油对应的峰值光强及其波长来构建第一数据库，再以较低高度起每隔10cm对不同油膜厚度下的峰值光强进行记录，构建第二数据库，将两个数据库共同保存在所述数据处理单元6中。在正式使用时，所述数据处理单元6能通过所述第一数据库以及第二数据库快速匹配到溢油种类以及厚度信息。在本实施例中，由于干扰物的荧光光谱峰值不在数据库内或因偏差较大，将不会引起本监测与识别装置的误报。

本实施例提供的一种溢油监测与识别装置的具体工作流程为：

启动所述监测与识别装置后，所述控制单元1控制激光器21发射出一定频率的激光，激光经所述扩束镜22扩束后照射到目标区域，所述平凸镜31对经激光照射的目标区域的荧光进行收集，所述滤光片32过滤掉收集荧光时一并收集到的多余的光，经过滤的荧光通过准直镜33准直后射入到光谱仪4中，所述光谱仪4在其灵敏度范围内对荧光进行处理获得各个波长所对应的光强相对值。光谱仪4将得到的光谱数据转入数据处理单元6，数据处理单元6经过简单比较即可得到此组光强数据中的峰值光强及其对应的波长，根据此数据在第一数据库中进行匹配。若目标区域未发生溢油，由于无法匹配到相应种类的溢油，所述光谱仪4将此段光谱记录保存为背景光谱，对应部分的光为背景光，在后续进行溢油监测与识别时，通过相应截止波长的滤光片去除荧光以外的背景光部分，所述光谱仪4可避免对背景光部分进行处理，减轻数据处理负担。当目标区域发生溢油，所述数据处理单元6匹配到溢油的种类后，再根据所述测距单元5测出的探测距离，匹配该峰值光强和探测距离对应的溢油膜厚，将获得的溢油种类和溢油膜厚信息发送控制单元1以及监控终端7，用户通过监控终端7对溢油进行监测，同时所述控制单元1控制相应的扩展功能部件8进行工作。

综上所述，本实施例提供的一种溢油监测与识别装置，利用光源2照射目标区域，使目标区域的溢油产生荧光，对荧光进行收集以及数据处理来识别出溢油种类和溢油膜厚的信息，将该信息发送到监控单元7，以此实现对目标区域的溢油监测与识别。其中，相对于现有技术，本实施例采用的微型光谱仪能以较低的成本满足监测与识别的需要；通过采用激光光源有利于提高激发的荧光强度，便于收集并处理；利用荧光的波峰值进行种类匹配，无需从整个光谱的基础上进行处理，极大减少了数据处理量；通过数据处理与控制分别以不同处理器进行分担完成的工作模式，降低数据处理单元6的数据处理负担，提高装置的工作效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，比如所述内翅片套管式换热器的绕行方式可以根据实际需要进行改动，对于这些改动和润饰，也应视为本申请的保护范围。