[发明专利]基于近红外光电传感技术的溢油监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及溢油监测，具体是指基于近红外光电传感技术的溢油监测系统。

背景技术

近年来，由于我国海洋石油勘测及开采规模不断扩大，海上石油运输日益繁忙，因石油开采、运输、存储以及其它原因造成海洋突发性溢油事件的发生几率不断增加。据统计，1973～2008年底，我国沿海共发生船舶溢油事故3000多起，其中50 t以上重大船舶溢油事故69起，总溢油量37077 t，年均2起，平均每起事故溢油量537 t，在对海洋环境造成了极大的伤害同时严重的影响了沿海居民生活 。

当前对于海面溢油的传统检测方法有航空遥感和卫星遥感，但是二者均存在着不同的问题，航空遥感监测不具有实时性，卫星遥感对于小范围污染具有不准确性等缺点，因此，研究和设计一种能实时、准确地监测海面漂浮溢油的系统对保护海洋环境资源具有重要意义。鉴于近红外光谱分析技术具有速度快、成本低、无污染、不破坏样品等优点以及在纯品油鉴别中的成功应用，设计了一种基于近红外光谱吸收技术的溢油检测系统。该系统采用近红外光作为探测光源结合以单片机为主的数据采集模块，对近海海面进行在线实时监测，对于保护近海海域的环境安全具有重要意义。

近红外光谱分析技术及其优点

近红外光(NIR)是指介于可见光和红外光之间的一种电磁波，波长在780～2 526 nm范围内，是人们最早发现的一种非可见光。近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的。一般有机物在该区域的近红外光谱吸收主要是OH、C和NH的倍频和合频吸收，几乎所有有机物的主要结构和组成都可以在它们的近红外光谱中找到信号，且谱图稳定。后来研究者发现，物质的含量与近红外区内多个不同的波长点吸收峰呈线性关系，因此开始利用该技术来测定一些产品中的物质含量。由于有机物如油类都含有OH、C和NH基团，因此近红外技术被不断应用于油类的配置与检测。

发明内容

本发明的目的在于提供具有结构稳定、测量精度高、分析成本较低，节省费用，且不污染环境的基于近红外光电传感技术的溢油监测系统。

本发明的实现方案如下：基于近红外光电传感技术的溢油监测系统，主要由稳流电源、以及与稳流电源连接的发光装置和处理电路构成，所述发光装置和处理电路之间还设置有样品装置。

所述发光装置包括连接于稳流电源的近红外LED灯构成，还包括透镜、滤光片，所述透镜设置在近红外LED灯和滤光片之间，所述滤光片设置在透镜与样品装置之间。

所述处理电路主要由设置在样品装置处的透视光探测器，以及与透视光探测器依次连接的光电转换电路，调制电路，放大、滤波、整形电路、A/D转换电路、单片机构成。

所述单片机的型号为MSP430F149单片机。

所述单片机还连接有GPRS远程终端器。

所述GPRS远程终端器通过GPRS网络连接有上位机。

系统要求光电传感探测部分具有较高的检测精度和稳定性，且实时性高，即需要对待测海水进行连续不间断的在线测量，因此发光装置中采用近红外LED灯作为光源。光源发出的近红外光经过光学镜组中透镜、滤光片选择得到对溢油具有特征吸收的分析光，经透射与样品装置内的样品发生相互作用，然后进入透视光探测器，将光信号转换为电信号，从而实现对样品成分的检测。

发光装置是利用近红外光透射吸收原理来对水中的含油量进行在线监测，因此要求光源的光谱特性位于近红外区，采用的特定波长的近红外光作为光源，并且考虑到设计最终将以浮标的形式封装并且要长期的投放到海面上，而海面环境较为恶劣，所以，要求该光源的体积小、机械强度高、稳定性强，因此选用近红外LED灯作为光源器件。

本发明由主要由稳流电源、以及与稳流电源连接的发光装置和处理电路构成。

发光装置采用近红外光电检测技术，处理电路采用数据采集处理技术来实现对水面溢油的检测。被测量为溢油特征吸收波长的光强大小，经过光电转换电路和调制电路，将光信号转化为电信号，得到携带被测量信息的脉冲调制模拟信号。调制后的信号经过放大、滤波、整形电路的放大、滤波、整形等处理后，再经过A／D转换电路中的A／D转换电路芯片转换成数字信号，送入单片机中进行处理。考虑到该系统最终要以浮标的形式投放到海面上长期工作，因此对于控制部件的能耗有一定的要求。系统采用了低功耗，大存储量的MSP430F149单片机作为主控制部件，并且采用C语言编程完成数据的采集和预处理，最终将处理数据经GPRS远程终端器发送到上位机进行分析确认以达到监测目的。