專利名稱:油類污染物檢測方法及傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及檢測儀器,具體涉及油類污染物檢測方法及傳感器。
背景技術(shù):
石油是目前世界上最主要的能源之一,在石油的生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存和使用過程中,溢油事故時有發(fā)生,從而對海洋造成嚴(yán)重的污染。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計,水面溢油是造成海洋環(huán)境污染的主要因素之一,溢油的預(yù)防與反應(yīng)速度越來越引起人們的關(guān)注。
眾所周知,實時溢油檢測可以使相關(guān)部門及時反應(yīng),使污染在對野生生物及環(huán)境等產(chǎn)生廣泛的破壞之前對其進(jìn)行控制,使油類溢出或滲漏所產(chǎn)生的污染最小化。目前,實時溢油檢測主要通過直接接觸式和可見光法、紅外光法以及紫外光法等幾種油類污染物檢測傳感器實現(xiàn),但是,上述的油類污染物檢測傳感器存在如下的一些不足
(1)直接接觸式油類污染物檢測傳感器,由于直接布置在海水中,極易受海水中的生物污垢和碎片的影響,降低檢測精度和壽命;而可見光法油類污染物檢測傳感器對陽光的依賴性太強(qiáng),只能應(yīng)用于白天;紅外光法油類污染物檢測傳感器無法區(qū)分海面的浮游生物和溢油;紫外光法油類污染物檢測傳感器不僅無法區(qū)分海面浮游生物和溢油,太陽的閃光也對該傳感器有很大的影響;
(2)被動檢測,易受外界環(huán)境的影響;
(3)智能性不足,不能直接輸出數(shù)字信號。以上不足,導(dǎo)致油類污染物檢測傳感器維護(hù)工作量大、環(huán)境依賴性強(qiáng)和使用不便。有鑒于此,急需要對傳統(tǒng)的油類污染物檢測傳感器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計,在實現(xiàn)油類污染物的實時數(shù)字信號輸出的同時,減輕設(shè)備的維護(hù)工作量和對環(huán)境的依賴性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決油類污染物檢測傳感器維護(hù)工作量大、環(huán)境依賴性強(qiáng)和使用不便的問題。為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種油類污染物檢測傳感器,包括紫外光發(fā)生裝置、熒光接收裝置和控制單元,所述控制單元間隔地發(fā)出紫外光觸發(fā)脈沖信號,所述紫外光發(fā)生裝置根據(jù)所述紫外光觸發(fā)脈沖信號相應(yīng)地發(fā)出紫外光照射在油類污染物檢測傳感器下方的檢測區(qū)域上,所述熒光接收裝置接收所述檢測區(qū)域反射的熒光并產(chǎn)生相應(yīng)的檢測信號,所述控制單元根據(jù)所述檢測信號獲得所述檢測區(qū)域是否溢油的判斷結(jié)果。在上述方案中,所述紫外光發(fā)生裝置包括電源模塊、光源裝置和輸出濾光器,所述電源模塊根據(jù)所述紫外光觸發(fā)脈沖信號驅(qū)動所述光源裝置發(fā)光,并經(jīng)所述輸出濾光器過濾獲得波長為200nm 300nm的紫外光。在上述方案中,還包括導(dǎo)光筒和反光鏡,所述反光鏡固定設(shè)置在所述光源裝置的上方,所述導(dǎo)光筒固定設(shè)置在所述光源裝置的下方,所述輸出濾光器固定設(shè)置在所述導(dǎo)光筒的下方。在上述方案中,所述熒光接收裝置包括輸入濾光器和光電探測器,所述檢測區(qū)域的反射熒光經(jīng)所述輸入濾光器過濾獲得波長為300nm 400nm的反射熒光,所述光電探測器探測所述波長為300nm 400nm的反射熒光并產(chǎn)生相應(yīng)的所述檢測信號。在上述方案中,所述控制單元上設(shè)有串口和串口電路,所述判斷結(jié)果經(jīng)所述串口電路轉(zhuǎn)換后輸出到所述串口。本發(fā)明還提供了一種油類污染物檢測方法,使用200nm 300nm的紫外光間隔地照射在檢測區(qū)域上;根據(jù)是否收到300nm 400nm的反射熒光獲得所述檢測區(qū)域是否溢油的判斷結(jié)果。 本發(fā)明,通過紫外光發(fā)生裝置主動發(fā)出紫外光照射在油類污染物檢測傳感器下方的檢測區(qū)域上,并通過熒光接收裝置接收檢測區(qū)域相應(yīng)的反射熒光從而獲得所述檢測區(qū)域是否溢油的判斷結(jié)果,由于本發(fā)明基于光學(xué)原理,采用主動發(fā)光的方式進(jìn)行檢測,因此,不論白天黑夜都可提供可靠的檢測;并且,由于與被檢測目標(biāo)不接觸,不會受到生物污垢和碎片的影響,大大減輕了維護(hù)的工作量;檢測結(jié)果通過串口方式輸出數(shù)字信號,可以方便地集成到其他檢測系統(tǒng)中,從而拓展了該傳感器的使用范圍,減輕了集成系統(tǒng)的工作量。
圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式油類等有機(jī)物在紫外光的照射下,會產(chǎn)生熒光。根據(jù)大量的實驗發(fā)現(xiàn),石油等油類物質(zhì)在波長為200nm 300nm的紫外光的照射下,會產(chǎn)生300nm 400nm的熒光,峰值在360nm附近,而水,路面,水泥等物質(zhì)則不會產(chǎn)生上述反射熒光的現(xiàn)象?;谏鲜鲈恚景l(fā)明提供了一種油類污染物檢測方法,使用200nm 300nm的紫外光間隔地照射在檢測區(qū)域上;根據(jù)是否收到300nm 400nm的反射熒光獲得所述檢測區(qū)域是否溢油的判斷結(jié)果。本發(fā)明還提供了一種油類污染物檢測傳感器,設(shè)置在檢測區(qū)域的上方,與被測目標(biāo)不接觸,利用紫外光發(fā)生裝置周期性地主動發(fā)出紫外光照射在油類污染物檢測傳感器下方的水面、路面等檢測區(qū)域上,并通過熒光接收裝置接收檢測區(qū)域相應(yīng)的反射熒光獲知所述檢測區(qū)域是否存在油類的污染,特別是針對水面上可能存在的浮油進(jìn)行檢測。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作出詳細(xì)的說明。如圖I所示,本發(fā)明提供的油類污染物檢測傳感器,包括紫外光發(fā)生裝置、熒光接收裝置和控制單元三大部分??刂茊卧梢詾閱纹瑱C(jī)、DSP或FPGA/CPLD的最小系統(tǒng),或最小系統(tǒng)添加部分外設(shè)而成,具有高精度A/D轉(zhuǎn)換器和一定的運(yùn)算、控制能力,控制單元間隔地發(fā)出紫外光觸發(fā)脈沖信號。紫外光發(fā)生裝置包括電源模塊11、觸發(fā)槽12、光源裝置13、導(dǎo)光筒14和輸出濾光器15。光源裝置13可以采用脈沖氙燈,插裝在觸發(fā)槽12上,觸發(fā)槽12與光源裝置13的引腳一一對應(yīng),使用時將光源裝置13的引腳插入觸發(fā)槽12中即可,光源裝置13的內(nèi)部設(shè)有一個反光鏡,反光鏡可以增加光源的輸出強(qiáng)度,導(dǎo)光筒14固定設(shè)置在光源裝置13的下方,輸出濾光器15固定設(shè)置在導(dǎo)光筒14的下方。電源模塊11分別將+12V直流電源和控制單元23發(fā)出紫外光觸發(fā)脈沖信號轉(zhuǎn)換形成300 1000V的主電源和140V以上的觸發(fā)電壓,觸發(fā)槽12集成了高壓轉(zhuǎn)換器、分壓電阻和電容等部件,接收來自電源模塊11輸出的主電源和觸發(fā)電壓,轉(zhuǎn)換為直接驅(qū)動光源裝置13的高壓驅(qū)動信號,使光源裝置13產(chǎn)生高壓弧光放電發(fā)光,輸出的光線經(jīng)過反光鏡反射沿導(dǎo)光筒14被輸出濾光器15過濾輸出波長為200nm 300nm的紫外光,照射在油類污染物檢測傳感器下方的檢測區(qū)域上,輸出濾光器15為帶通濾光器,只允許一定波長的光線通過。熒光接收裝置包括輸入濾光器21和光電探測器22,光電探測器22是一種用來探 測光或其他電磁輻射能量的裝置,它把輻射能量轉(zhuǎn)換成電流或電壓,并從外部電路測量這些電流、電壓值,通過測量這些輸出響應(yīng),反過來可以測定相應(yīng)的入射光強(qiáng)度或輻射強(qiáng)度;如果光電探測器22為光電倍增管,則其內(nèi)部包括濾波、限幅、幅值轉(zhuǎn)換等電路,經(jīng)過光電探測器22處理后的信號送A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣;如果光電探測器22為光電二極管,除了上述的濾波、限幅和幅值轉(zhuǎn)換等電路外,還應(yīng)該包括放大電路。波長為200nm 300nm的紫外光照射在油類污染物檢測傳感器下方的檢測區(qū)域上之后,如果該檢測區(qū)域內(nèi)有石油等污染物,貝1J會激發(fā)出波長為300nm 400nm的反射突光反射到輸入濾光器21,輸入濾光器21也為帶通濾光器,只允許波長為300nm 400nm的反射熒光通過,這在一定程度上減少了環(huán)境因素的影響,光電探測器22實時檢測是否收到波長為300nm 400nm的反射熒光,如果收至IJ,則產(chǎn)生相應(yīng)的檢測信號傳送給控制單元,從而獲得檢測區(qū)域內(nèi)是否有溢油的判斷結(jié)果。本發(fā)明的控制單元23上設(shè)有串口和串口電路,判斷結(jié)果經(jīng)串口電路轉(zhuǎn)換后輸出到串口,以方便系統(tǒng)集成或通過串口進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送。另外,也可以通過串口對控制單元23進(jìn)行設(shè)置,例如對脈沖氙燈的觸發(fā)脈沖的觸發(fā)頻率和次數(shù)進(jìn)行控制。本發(fā)明可以在出廠時設(shè)置默認(rèn)參數(shù),例如,串口設(shè)置為9600波特率,8位數(shù)據(jù),無校驗位,I個停止位;工作周期設(shè)置為I分鐘;觸發(fā)脈沖頻率為60HZ ;每次發(fā)送10個觸發(fā)脈沖;除非用戶通過串口改變這些參數(shù),否則一直以默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行工作。經(jīng)過用戶修改后的參數(shù)會存儲在控制單元自帶的EEPROM中,在每次上電后從EEPROM中調(diào)取存儲的數(shù)據(jù),經(jīng)校驗無誤后以用戶設(shè)定參數(shù)進(jìn)行工作,否則仍以默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行工作。本發(fā)明安裝在檢測區(qū)域的上方,與檢測目標(biāo)不接觸,因此,不會受到生物污垢和碎片的影響,大大減輕了維護(hù)的工作量。本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式,任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化,凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案,均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.光接收裝置和控制單元,所述控制單元間隔地發(fā)出紫外光觸發(fā)脈沖信號,所述紫外光發(fā)生裝置根據(jù)所述紫外光觸發(fā)脈沖信號相應(yīng)地發(fā)出紫外光照射在油類污染物檢測傳感器下方的檢測區(qū)域上,所述熒光接收裝置接收所述檢測區(qū)域相應(yīng)的反射熒光并產(chǎn)生相應(yīng)的檢測信號,所述控制單元根據(jù)所述檢測信號獲得所述檢測區(qū)域是否溢油的判斷結(jié)果。
2.如權(quán)利要求I所述的油類污染物檢測傳感器,其特征在于,所述紫外光發(fā)生裝置包括電源模塊、光源裝置和輸出濾光器,所述電源模塊根據(jù)所述紫外光觸發(fā)脈沖信號驅(qū)動所述光源裝置發(fā)光,并經(jīng)所述輸出濾光器過濾獲得波長為200nm 300nm的紫外光。
3.如權(quán)利要求2所述的油類污染物檢測傳感器,其特征在于,還包括導(dǎo)光筒和反光鏡,所述反光鏡固定設(shè)置在所述光源裝置的上方,所述導(dǎo)光筒固定設(shè)置在所述光源裝置的下方,所述輸出濾光器固定設(shè)置在所述導(dǎo)光筒的下方。
4.如權(quán)利要求I所述的油類污染物檢測傳感器,其特征在于,所述熒光接收裝置包括輸入濾光器和光電探測器,所述檢測區(qū)域的反射熒光經(jīng)所述輸入濾光器過濾獲得波長為300nm 400nm的反射突光,所述光電探測器探測所述波長為300nm 400nm的反射突光并產(chǎn)生相應(yīng)的所述檢測信號。
5.如權(quán)利要求I所述的油類污染物檢測傳感器,其特征在于,所述控制單元上設(shè)有串口和串口電路,所述判斷結(jié)果經(jīng)所述串口電路轉(zhuǎn)換后輸出到所述串口。
6.油類污染物檢測方法,其特征在于, 使用200nm 300nm的紫外光間隔地照射在檢測區(qū)域上; 根據(jù)是否收到300nm 400nm的反射熒光獲得所述檢測區(qū)域是否溢油的判斷結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種油類污染物檢測方法及傳感器,所述傳感器包括紫外光發(fā)生裝置、熒光接收裝置和控制單元,所述控制單元間隔地發(fā)出紫外光觸發(fā)脈沖信號,所述紫外光發(fā)生裝置根據(jù)所述紫外光觸發(fā)脈沖信號相應(yīng)地發(fā)出紫外光照射在油類污染物檢測傳感器下方的檢測區(qū)域上,所述熒光接收裝置接收所述檢測區(qū)域反射的熒光并產(chǎn)生相應(yīng)的檢測信號,所述控制單元根據(jù)所述檢測信號獲得所述檢測區(qū)域是否溢油的判斷結(jié)果。本發(fā)明,采用主動發(fā)光的方式進(jìn)行檢測,不論白天黑夜都可提供可靠的檢測;而且,由于與被檢測目標(biāo)不接觸,不會受到生物污垢和碎片的影響,大大減輕了維護(hù)的工作量;并且,可以輸出串行數(shù)字信號,方便了系統(tǒng)集成和遠(yuǎn)程傳輸。
文檔編號G01N21/64GK102692402SQ20121020791
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者于敬東 申請人:煙臺森科特智能儀器有限公司