本實(shí)用新型涉及海洋環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種溢油監(jiān)測與識別裝置。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)建設(shè)的快速發(fā)展，各個(gè)國家對石油的依賴性越來越大，在使石油產(chǎn)量和運(yùn)輸量的不斷增加的同時(shí)，溢油事故也頻繁發(fā)生，使涉及石油生產(chǎn)及運(yùn)輸?shù)钠髽I(yè)單位面臨著巨大的壓力。溢油事故發(fā)生不但給企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)損失，而且還給環(huán)境與社會造成了巨大的災(zāi)難，如果人們能在在溢油的初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢油源頭并進(jìn)行處理，將極大減少受到的損失和遭受的污染。

應(yīng)用紫外熒光法原理的溢油監(jiān)測方法不受太陽光影響，既能在白天工作，又能在夜晚工作，準(zhǔn)確性和靈敏度較高。但現(xiàn)有的一些港口利用紫外熒光法的溢油監(jiān)測設(shè)備與方案，大都只能單純的檢測到熒光，對于溢油的種類無法識別，容易將干擾物誤判為溢油，誤報(bào)率高，功能單一。而一些能對溢油種類進(jìn)行判斷識別的儀器，構(gòu)造復(fù)雜，價(jià)格昂貴，不適合大面積推廣與使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種溢油監(jiān)測與識別裝置，以解決上述現(xiàn)有設(shè)備與方案無法識別溢油種類、誤報(bào)率高、構(gòu)造復(fù)雜以及價(jià)格昂貴等問題。

為了解決上述問題，本實(shí)用新型采用了如下的技術(shù)方案：

一種溢油監(jiān)測與識別裝置，包括控制單元、光源、采集光單元、光譜儀、測距單元和數(shù)據(jù)處理單元；其中，所述光源由所述控制單元控制射出光線照射目標(biāo)區(qū)域，以激發(fā)目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生熒光；所述采集光單元用于采集目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生的熒光并發(fā)送到所述光譜儀中；所述光譜儀用于對接收到的熒光進(jìn)行分析處理獲得光譜數(shù)據(jù)，將光譜數(shù)據(jù)發(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理單元；所述測距單元用于實(shí)時(shí)測量所述溢油監(jiān)測與識別裝置到目標(biāo)區(qū)域海面的探測距離并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)處理單元中預(yù)存有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫包括不同溢油種類對應(yīng)的峰值光強(qiáng)及其波長的第一數(shù)據(jù)庫，還包括不同溢油膜厚對應(yīng)的峰值光強(qiáng)及其探測距離的第二數(shù)據(jù)庫；所述數(shù)據(jù)處理單元將從所述光譜儀和測距單元接收到的光譜數(shù)據(jù)和探測距離與所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，識別出溢油種類和溢油膜厚的信息發(fā)送到監(jiān)控終端。

優(yōu)選地，所述光譜儀為微型光譜儀。

優(yōu)選地，所述光源包括激光器和擴(kuò)束鏡，所述激光器發(fā)射的激光通過所述擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后照射到目標(biāo)區(qū)域。

優(yōu)選地，所述激光器發(fā)射的激光波長為365nm。

優(yōu)選地，所述采集光單元包括平凸鏡、濾光片以及準(zhǔn)直鏡，所述平凸鏡用于收集所述目標(biāo)區(qū)域的熒光，所述濾光片用于將所述平凸鏡收集的熒光進(jìn)行過濾，所述準(zhǔn)直鏡將由所述濾光片過濾的熒光準(zhǔn)直后射入到所述光譜儀。

優(yōu)選地，所述濾光片可透光的波長范圍是400～650nm。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理單元還將識別出的溢油種類和溢油膜厚的信息發(fā)送到所述控制單元，所述控制單元還連接有擴(kuò)展功能部件，所述擴(kuò)展功能部件包括聲光報(bào)警器、拍攝設(shè)備、GPS模塊和顯示屏中的一種或兩種以上。

優(yōu)選地，所述擴(kuò)展功能部件還包括無線通訊模塊，所述數(shù)據(jù)處理單元將識別出溢油種類和溢油膜厚的信息依次通過所述控制單元和無線通訊模塊發(fā)送到所述監(jiān)控終端中。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測與識別裝置還內(nèi)置無線通訊模塊，所述數(shù)據(jù)處理單元通過所述無線通訊模塊發(fā)送識別信息到監(jiān)控終端。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測與識別裝置還包括供電電源，與所述控制單元連接，為所述監(jiān)測與識別裝置進(jìn)行供電。

本實(shí)用新型提供的一種溢油監(jiān)測與識別裝置，利用光源照射目標(biāo)區(qū)域，使目標(biāo)區(qū)域的溢油產(chǎn)生熒光，對熒光進(jìn)行收集以及數(shù)據(jù)處理來識別出溢油種類和溢油膜厚的信息，將該信息發(fā)送到監(jiān)控單元，以此實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的溢油監(jiān)測與識別。其中，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型采用的微型光譜儀能以較低的成本滿足監(jiān)測與識別的需要；通過采用激光光源有利于提高激發(fā)的熒光強(qiáng)度，便于收集并處理；利用熒光的波峰值進(jìn)行種類匹配，無需從整個(gè)光譜的基礎(chǔ)上進(jìn)行處理，極大減少了數(shù)據(jù)處理量；通過數(shù)據(jù)處理與控制分別以不同處理器進(jìn)行分擔(dān)完成的工作模式，降低數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)，提高裝置的工作效率。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種溢油監(jiān)測與識別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是所述監(jiān)測與識別裝置內(nèi)設(shè)無線通訊模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是所述光源的工作示意圖；

圖4是所述采集光單元的工作示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。這些優(yōu)選實(shí)施方式的示例在附圖中進(jìn)行了例示。附圖中所示和根據(jù)附圖描述的本實(shí)用新型的實(shí)施方式僅僅是示例性的，并且本實(shí)用新型并不限于這些實(shí)施方式。

在此，還需要說明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本實(shí)用新型，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本實(shí)用新型的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本實(shí)用新型關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

對于溢油，由于其熒光基團(tuán)的作用，在一定波長的光照射下，可以產(chǎn)生更長波長熒光，不同種類的溢油由于組成成分不同，產(chǎn)生的熒光光譜也不同，而熒光光譜與激發(fā)波長無關(guān)，根據(jù)溢油的這一特性，可通過熒光光譜對溢油的種類進(jìn)行鑒別。

參照圖1所示，基于以上原理，本實(shí)施例提供了一種溢油監(jiān)測與識別裝置，包括控制單元1、光源2、采集光單元3、光譜儀4、測距單元5和數(shù)據(jù)處理單元6。

其中，所述光源2由所述控制單元1控制射出光線照射目標(biāo)區(qū)域，以激發(fā)目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生熒光；

所述采集光單元3用于采集目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生的熒光并發(fā)送到所述光譜儀4中；所述光譜儀4用于對接收到的熒光進(jìn)行分析處理獲得光譜數(shù)據(jù)，將光譜數(shù)據(jù)發(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理單元6；所述測距單元5用于實(shí)時(shí)測量所述溢油監(jiān)測與識別裝置到目標(biāo)區(qū)域海面的探測距離并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理單元6；所述數(shù)據(jù)處理單元6中預(yù)存有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫包括不同溢油種類對應(yīng)的峰值光強(qiáng)及其波長的第一數(shù)據(jù)庫，還包括不同溢油膜厚對應(yīng)的峰值光強(qiáng)及其探測距離的第二數(shù)據(jù)庫；所述數(shù)據(jù)處理單元6將從所述光譜儀4和測距單元5接收到的光譜數(shù)據(jù)和探測距離與所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，識別出溢油種類和溢油膜厚的信息發(fā)送到監(jiān)控終端7。

在本實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)處理單元6無需對整體光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，以其峰值點(diǎn)作為特征點(diǎn)進(jìn)行判斷，極大減少了對處理器的要求。因此，示例性地，所述控制單元1可選擇采用單片機(jī)、DSP或FPGA/CPLD的最小系統(tǒng)，或由上述最小系統(tǒng)添加部分外設(shè)制成。所述數(shù)據(jù)處理單元6采用ARM、DSP處理器和工控機(jī)等數(shù)據(jù)處理器。所述監(jiān)控終端7可以為電腦和手機(jī)等智能設(shè)備，用戶通過監(jiān)控終端7接收溢油種類和溢油膜厚的信息以隨時(shí)監(jiān)控目標(biāo)區(qū)域是否發(fā)生溢油。本實(shí)施例通過數(shù)據(jù)處理與控制分別以不同處理器進(jìn)行分擔(dān)完成的工作模式，降低數(shù)據(jù)處理單元6的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)，提高所述監(jiān)測與識別裝置的工作效率。

近年來由于光纖技術(shù)、光柵技術(shù)及陣列式探測器技術(shù)的發(fā)展和成熟，微型光譜儀已相當(dāng)成熟，完全滿足本實(shí)施例的監(jiān)測需求。因此在本實(shí)施例中，所述光譜儀4為微型光譜儀。本實(shí)施例提供的微型光譜儀不需要溢油的完整光譜圖，只需要在后臺測得的各個(gè)波長對應(yīng)的光強(qiáng)數(shù)據(jù)，將獲得的光譜數(shù)據(jù)發(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理單元6即可，相對現(xiàn)有技術(shù)常用的能對溢油種類進(jìn)行判斷識別的溢油監(jiān)測設(shè)備，以更簡單以及更低成本方式實(shí)現(xiàn)了溢油的準(zhǔn)確監(jiān)測，種類以及厚度的識別。

具體地，如圖3所示，所述光源2包括激光器21和擴(kuò)束鏡22，所述激光器21發(fā)射的激光通過所述擴(kuò)束鏡22擴(kuò)束后照射到目標(biāo)區(qū)域，使目標(biāo)區(qū)域的溢油產(chǎn)生更長波長的熒光。在本實(shí)施例中，激光器21采用波長為365nm的單波長激光器，因?yàn)檫x用365nm能比較有效的激發(fā)熒光；而選用激光器21作為光源的好處是激光的功率高，相應(yīng)激發(fā)的熒光強(qiáng)度大，便于探測。

具體地，如圖4所示，所述采集光單元3包括平凸鏡31、濾光片32以及準(zhǔn)直鏡33，所述平凸鏡31用于收集所述待測區(qū)域的熒光，所述濾光片32用于將所述平凸鏡31收集的熒光進(jìn)行過濾，所述準(zhǔn)直鏡33將由所述濾光片32過濾的熒光準(zhǔn)直后射入到所述光譜儀4。在本示例中，采用大口徑的平凸鏡31對目標(biāo)區(qū)域的熒光進(jìn)行收集；由于熒光主要集中在400nm～650nm這一范圍，故本實(shí)施例選用可透光的波長范圍是400～650nm的濾光片32，排除掉光源2的反射光等收集熒光時(shí)一并收集到的多余的光，剔除無用的數(shù)據(jù)，以減輕所述監(jiān)測與識別裝置的工作量。

具體地，所述數(shù)據(jù)處理單元6還將識別出的溢油種類和溢油膜厚的信息發(fā)送到所述控制單元1，所述控制單元1還連接有擴(kuò)展功能部件8，所述擴(kuò)展功能部件8包括聲光報(bào)警器、拍攝設(shè)備、GPS模塊和顯示屏中的一種或兩種以上。

其中，所述聲光報(bào)警器作為擴(kuò)展功能部件8與所述控制單元1連接，當(dāng)所述控制單元1接收到溢油種類和溢油膜厚的信息，將控制所述聲光報(bào)警器發(fā)出警報(bào)。通過設(shè)置聲光報(bào)警器有利于更迅速地發(fā)現(xiàn)溢油，使所述監(jiān)測與識別裝置更智能化和人性化。

示例性地，所述拍攝設(shè)備作為擴(kuò)展功能部件8與所述控制單元1連接，當(dāng)所述控制單元1接收到溢油種類和溢油膜厚的信息，將控制所述拍攝設(shè)備對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行拍攝。利用所述拍攝設(shè)備對發(fā)生溢油的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行拍攝取樣，便于更加直觀地了解現(xiàn)場的溢油情況以及將影像作為記錄。

示例性地，所述GPS模塊作為擴(kuò)展功能部件8與所述控制單元1連接，當(dāng)所述控制單元1接收到溢油種類和溢油膜厚的信息，將控制所述GPS模塊進(jìn)行定位。用戶可通過所述GPS模塊對所述監(jiān)測與識別裝置進(jìn)行定位，再通過裝置的測距單元5等確定溢油的具體位置，便于快速并精確地找出發(fā)生溢油的地點(diǎn)。

示例性地，所述顯示屏作為擴(kuò)展功能部件8與所述控制單元1連接，當(dāng)所述控制單元1接收到溢油種類和溢油膜厚的信息，對控制單元1接收到的溢油種類和溢油膜厚的信息進(jìn)行顯示，除通過監(jiān)控終端7對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控外，用戶還可以通過所述顯示屏實(shí)時(shí)地了解當(dāng)前目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)測信息。

示例性地，所述擴(kuò)展功能部件8還包括無線通訊模塊9，所述數(shù)據(jù)處理單元6將識別出溢油種類和溢油膜厚的信息依次通過所述控制單元1和無線通訊模塊9發(fā)送到所述監(jiān)控終端7中。

參照圖2所示，示例性地，所述監(jiān)測與識別裝置還內(nèi)置無線通訊模塊9，所述數(shù)據(jù)處理單元6通過所述無線通訊模塊9發(fā)送識別信息到監(jiān)控終端7。在本實(shí)施例中，所述監(jiān)測與識別裝置可以利用無線通訊模塊9，將數(shù)據(jù)處理單元6處理獲得的識別信息直接通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到所述監(jiān)控終端7上。

具體地，所述監(jiān)測與識別裝置還包括供電電源10，與所述控制單元1連接，為所述監(jiān)測與識別裝置進(jìn)行供電。

由于不同溢油類的化學(xué)組成相似，但其熒光基團(tuán)有很大的區(qū)別，所產(chǎn)生的熒光光譜峰值也就會有很大區(qū)別，因此，本實(shí)施例提供的溢油監(jiān)測與識別裝置在正式使用前，可以通過實(shí)驗(yàn)等途徑獲得不同種類的溢油對應(yīng)的峰值光強(qiáng)及其波長來構(gòu)建第一數(shù)據(jù)庫，再以較低高度起每隔10cm對不同油膜厚度下的峰值光強(qiáng)進(jìn)行記錄，構(gòu)建第二數(shù)據(jù)庫，將兩個(gè)數(shù)據(jù)庫共同保存在所述數(shù)據(jù)處理單元6中。在正式使用時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理單元6能通過所述第一數(shù)據(jù)庫以及第二數(shù)據(jù)庫快速匹配到溢油種類以及厚度信息。在本實(shí)施例中，由于干擾物的熒光光譜峰值不在數(shù)據(jù)庫內(nèi)或因偏差較大，將不會引起本監(jiān)測與識別裝置的誤報(bào)。

本實(shí)施例提供的一種溢油監(jiān)測與識別裝置的具體工作流程為：

啟動所述監(jiān)測與識別裝置后，所述控制單元1控制激光器21發(fā)射出一定頻率的激光，激光經(jīng)所述擴(kuò)束鏡22擴(kuò)束后照射到目標(biāo)區(qū)域，所述平凸鏡31對經(jīng)激光照射的目標(biāo)區(qū)域的熒光進(jìn)行收集，所述濾光片32過濾掉收集熒光時(shí)一并收集到的多余的光，經(jīng)過濾的熒光通過準(zhǔn)直鏡33準(zhǔn)直后射入到光譜儀4中，所述光譜儀4在其靈敏度范圍內(nèi)對熒光進(jìn)行處理獲得各個(gè)波長所對應(yīng)的光強(qiáng)相對值。光譜儀4將得到的光譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)處理單元6，數(shù)據(jù)處理單元6經(jīng)過簡單比較即可得到此組光強(qiáng)數(shù)據(jù)中的峰值光強(qiáng)及其對應(yīng)的波長，根據(jù)此數(shù)據(jù)在第一數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行匹配。若目標(biāo)區(qū)域未發(fā)生溢油，由于無法匹配到相應(yīng)種類的溢油，所述光譜儀4將此段光譜記錄保存為背景光譜，對應(yīng)部分的光為背景光，在后續(xù)進(jìn)行溢油監(jiān)測與識別時(shí)，通過相應(yīng)截止波長的濾光片去除熒光以外的背景光部分，所述光譜儀4可避免對背景光部分進(jìn)行處理，減輕數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)。當(dāng)目標(biāo)區(qū)域發(fā)生溢油，所述數(shù)據(jù)處理單元6匹配到溢油的種類后，再根據(jù)所述測距單元5測出的探測距離，匹配該峰值光強(qiáng)和探測距離對應(yīng)的溢油膜厚，將獲得的溢油種類和溢油膜厚信息發(fā)送控制單元1以及監(jiān)控終端7，用戶通過監(jiān)控終端7對溢油進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)所述控制單元1控制相應(yīng)的擴(kuò)展功能部件8進(jìn)行工作。

綜上所述，本實(shí)施例提供的一種溢油監(jiān)測與識別裝置，利用光源2照射目標(biāo)區(qū)域，使目標(biāo)區(qū)域的溢油產(chǎn)生熒光，對熒光進(jìn)行收集以及數(shù)據(jù)處理來識別出溢油種類和溢油膜厚的信息，將該信息發(fā)送到監(jiān)控單元7，以此實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的溢油監(jiān)測與識別。其中，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例采用的微型光譜儀能以較低的成本滿足監(jiān)測與識別的需要；通過采用激光光源有利于提高激發(fā)的熒光強(qiáng)度，便于收集并處理；利用熒光的波峰值進(jìn)行種類匹配，無需從整個(gè)光譜的基礎(chǔ)上進(jìn)行處理，極大減少了數(shù)據(jù)處理量；通過數(shù)據(jù)處理與控制分別以不同處理器進(jìn)行分擔(dān)完成的工作模式，降低數(shù)據(jù)處理單元6的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)，提高裝置的工作效率。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅是本申請的具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請?jiān)淼那疤嵯?，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，比如所述內(nèi)翅片套管式換熱器的繞行方式可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行改動，對于這些改動和潤飾，也應(yīng)視為本申請的保護(hù)范圍。