一种远距离海洋溢油实时监视器的制作方法

本发明涉及光电传感器技术领域，尤其涉及一种远距离海洋溢油实时监视器。

背景技术：

现有采用探测油荧光(采用紫外光激发)的海洋溢油监测装置，基本采用光电二极管作为探测器，灵敏度极低，而油荧光信号比较微弱，探测装置离目标溢油水面较远时，例如在海上石油钻井平台使用，则无法探测到溢油的发生。有采用光电倍增管作为探测器的装置，采用氙灯作为激发光源，发光频率较低，不适合实时监测，对光源滤光片要求较高，只能实现某些高荧光油的探测，且经常对溢油现象发生误判。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供及一种远距离海洋溢油实时监视器，对远距离海洋溢油实时监视，误判率小，灵敏度高。

本发明的技术方案是：

一种远距离海洋溢油实时监视器，安装在海洋石油钻井平台支架上，包括并排安装在监视器固定架上的激发光装置和荧光接收装置，

所述激发光装置，用于通过UV-LED光源向海平面发射实时监视海平面的溢油状态的高频稳定紫外光，所述高频稳定紫外光与海平面的溢油面产生高频荧光；

所述荧光接收装置，用于接收溢油面与激发光装置发射的高频稳定紫外光产生的高频荧光，并通过光电倍增管进行后续处理。

进一步的，所述激发光装置包括：UV-LED光源、光源透镜、光源遮光罩、高频LED恒流源驱动板、光源散热器；

高频LED恒流源驱动板与UV-LED光源连接，用于驱动所述UV-LED光源发射出高频稳定紫外光；

光源遮光罩呈圆筒状，套接在UV-LED光源的外围，用于防止UV-LED光源发射出的高频稳定紫外光直接进入荧光接收装置中；

所述光源透镜设置在所述光源遮光罩的另一端，用于将UV-LED光源发射出的高频稳定紫外光汇聚到海面目标上。

进一步的，所述UV-LED光源为采用波长为365nm LED，光谱带宽为15nm的窄带UV-LED光源；所述光源透镜选用石英玻璃透镜。

进一步的，还包括光源散热器，所述光源散热器对所述UV-LED光源进行散热。

进一步的，所述光源散热器为Peltier制冷片。

进一步的，所述荧光接收装置包括光电倍增管、荧光透镜、荧光滤光片、荧光遮光罩，

所述荧光透镜设置在荧光遮光罩的一端，所述荧光遮光罩的另一端套接在所述光电倍增管上，所述荧光滤光片设置在所述光电倍增管上，用于将接收的高频荧光通过荧光透镜汇聚，通过荧光滤光片到达光电倍增管，被转换为高频模拟电压信号。

进一步的，所述荧光滤光片选择通带范围为400nm—600nm滤光片，所述荧光透镜选用K9玻璃透镜，所述光电倍增管选用ET公司的PMT。

进一步的，还包括信号处理板，所述信号处理板与光电倍增管连接，用于将光电倍增管输出的高频模拟电压信号转换成直流电压信号，并通过模数转换器将直流电压信号转换成数字信号处理器可识别的数字信号。

进一步的，所述信号处理板包括运放ADA4891，模数转换器AD8329以及数字信号处理器ADSP21990，

所述ADA4891接收光电倍增管输出的高频模拟电压信号，并运用由ADA4891构成的解调电路将高频模拟电压信号转化为直流电压信号后输入模数转换器AD8329，通过模数转换器AD8329转换为数字信号后输入到数字信号处理器ADSP21990进行数字信号及溢油算法处理。

进一步的，还包括主控板，和电源管理器，所述主控板通过UART接口分别与信号处理板和电源管理器连接，用于为监视器供电并协调信号处理板运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是采用光电倍增管作为微弱荧光信号的探测器，极大的提高了检测灵敏度，可探测远距离目标溢油水面，同时采用大功率窄带UV-LED作为激发光源，窄带UV-LED紫外光谱带宽约为15nm，因此无需光源滤光片，且LED发光频率高，可实现多种油类的实时探测，基本不会发生误判，尤其适用于海上石油钻井平台对于溢油探测的需求。

附图说明

图1为一种远距离海洋溢油实时监视器原理框图。

图中：UV-LED光源1，光电倍增管2，光源透镜3，荧光透镜4，光源遮光罩5，荧光遮光罩6，光源散热器7，荧光滤光片8，高频LED恒流源驱动板9，信号处理板10，主控板11，电源管理器12。

图2为一种远距离海洋溢油实时监视器2-1监视流程示意图。

图中：海洋石油钻井平台支架2-2，激发光装置2-3，荧光接收装置2-4，高频稳定紫外光2-5，高频荧光2-6，海平面2-8。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行具体阐述，需要指出的是，本发明的技术方案不限于实施例所述的实施方式，本领域的技术人员参考和借鉴本发明技术方案的内容，在本发明的基础上进行的改进和设计，应属于本发明的保护范围。

如图1所示，

本发明实施例提供一种远距离海洋溢油实时监视器，安装在海洋石油钻井平台支架上，包括并排安装在监视器固定架上的激发光装置和荧光接收装置，

所述激发光装置，用于通过UV-LED光源向海平面发射实时监视海平面的溢油状态的高频稳定紫外光，所述高频稳定紫外光与海平面的溢油面产生高频荧光；

所述荧光接收装置，用于接收溢油面与激发光装置发射的高频稳定紫外光产生的高频荧光，并通过光电倍增管进行后续处理。

进一步的，所述激发光装置包括：UV-LED光源1、光源透镜3、光源遮光罩5、高频LED恒流源驱动板9、光源散热器7；

高频LED恒流源驱动板9与UV-LED光源1连接，用于驱动所述UV-LED光源1发射出高频稳定紫外光；

光源遮光罩5呈圆筒状，套接在UV-LED光源1的外围，用于防止UV-LED光源1发射出的高频稳定紫外光直接进入荧光接收装置中；

所述光源透镜3设置在所述光源遮光罩5的另一端，用于将UV-LED光源1发射出的高频稳定紫外光汇聚到海面目标上。

进一步的，所述UV-LED光源1为采用波长为365nm LED，光谱带宽为15nm的窄带UV-LED光源；所述光源透镜3选用石英玻璃透镜。

进一步的，还包括光源散热器，所述光源散热器对所述UV-LED光源进行散热。

优选的，所述光源散热器为Peltier制冷片。大功率UV-LED光源1点亮的同时会产生大量热量，为防止损坏UV-LED光源1，配置Peltier制冷片作为光源散热器进行散热。

进一步的，所述荧光接收装置包括光电倍增管2、荧光透镜4、荧光滤光片8、荧光遮光罩6，

所述荧光透镜4设置在荧光遮光罩6的一端，所述荧光遮光罩6的另一端套接在所述光电倍增管2上，所述荧光滤光片8设置在所述光电倍增管2上，用于将接收的高频荧光通过荧光透镜4汇聚，通过荧光滤光片8到达光电倍增管2，被转换为高频模拟电压信号。荧光遮光罩6用于屏蔽有效高频荧光之外的杂散光。

进一步的，所述荧光滤光片8选择通带范围为400nm—600nm滤光片，所述荧光透镜4选用K9玻璃透镜，所述光电倍增管2选用ET公司的PMT。

进一步的，还包括信号处理板10，所述信号处理板10与光电倍增管2连接，用于将光电倍增管2输出的高频模拟电压信号转换成直流电压信号，并通过模数转换器将直流电压信号转换成数字信号处理器可识别的数字信号。

进一步的，所述信号处理板10包括运放ADA4891，模数转换器AD8329以及数字信号处理器ADSP21990，

所述ADA4891接收光电倍增管输出的高频模拟电压信号，并运用由ADA4891构成的解调电路将高频模拟电压信号转化为直流电压信号后输入模数转换器AD8329，通过模数转换器AD8329转换为数字信号后输入到数字信号处理器ADSP21990进行数字信号及溢油算法处理。

进一步的，还包括主控板11，和电源管理器12，所述主控板11通过UART接口分别与信号处理板10和电源管理器12连接，用于为监视器供电并协调信号处理板运行。

其中，主控板11通过UART接口与信号处理板连接，主要用于协调信号处理板，驱动板以及对外的接口，如以太网口，无线传输接口等，主控板11处理器采用32bit ARM处理器。电源管理器12用于将市电转换为溢油监测装置需要的各种电源，优选为由AC/DC电源，DC/DC模块及LDO芯片组成。

一优选实施例，如图2所示，远距离海洋溢油实时监视器2-1安装于海洋石油钻井平台支架2-2上，通入220V市电后，此设备自动运行。激发光装置2-3中的UV-LED光源1在高频LED恒流源驱动板9的控制下，发射出高频的稳定紫外光2-5，经过光源透镜3汇聚到海平面2-8，若海平面2-8有溢油现象发生，溢油面会产生高频荧光。高频荧光被荧光接收装置2-4中的荧光透镜4汇聚，经过荧光滤光片8到达光电倍增管2，被转换为高频模拟电压信号。高频模拟电压信号输入信号处理板10，被转换为数字信号，并进行数字信号预处理，经过溢油算法处理后得出溢油结果。溢油结果通过UART接口传输到主控板11，进一步通过网口或者远程无线通信方式通知相关责任人进行溢油应急处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是采用光电倍增管作为微弱荧光信号的探测器，极大的提高了检测灵敏度，可探测远距离目标溢油水面，同时采用大功率窄带UV-LED作为激发光源，窄带UV-LED紫外光谱带宽约为15nm，因此无需光源滤光片，且LED发光频率高，可实现多种油类的实时探测，基本不会发生误判，尤其适用于海上石油钻井平台对于溢油探测的需求。