[实用新型]一种基于SPR传感原理的接触式海上溢油监测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于SPR传感原理的接触式海上溢油监测系统，通过表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance SPR)技术可实时在线地监测海上溢油事件发生，为相关部门提供早期、高效的预警。

背景技术

近些年，各类船舶及海上油气田溢油事件时有发生，带来的海洋石油污染影响深远，不但造成了巨大的经济损失，同时直接破坏了海洋生态环境。因此，应用有效的技术手段实现溢油早预警、早治理迫在眉睫。目前，传统的海上原油泄漏监测方法主要有机载、卫星遥感监测，船载雷达监测，合成孔径雷达卫星(SAR)监测以及紫外荧光监测等。雷达监测方法是运用雷达波的回波原理大面积扫描海面，可监测25平方公里以上的海域面积，但易受天气因素影响且监测精度有限；遥感、遥感与雷达技术结合的监测方法同样运用回波原理，对监测对象传回的信号进行波谱分析分辨是否溢油，因设备成本高，投资大，只适合政府、专业监测机构以及大型企业，不易大范围普及；紫外荧光监测方法是通过紫外光源照射海面，油类物质遇紫外光照射时会诱导产生荧光，且不同油类荧光光谱各不相同，纯水则不产生荧光，进而可分辨水面油膜，判定是否溢油，此类设备常用于港口、码头等海面监测，有较高的监测精度，但监测范围小，以上方法都属于非接触式监测方法。

郑妍等人(小型化实时在线海上溢油检测系统，专利号：CN104713851A)报道了一种小型化实时在线海上溢油检测系统。系统基于SPR传感原理，传感装置中光源选用了有一定发散角、中心波长为635±5nm的半导体激光模组，选择光源与线阵CCD探测模块同平面贴合四边六面体棱镜底面入射的方式。由于光源为点光源，光功率在入射面分布不均匀，且发散光在棱镜中经全反射到达线阵CCD探测处各角度光程不同，会造成光功率较弱的信号无法检测到，不能涵盖原油折射率检测范围，进而在进行溢油监测时会发生偏差，难以有效判定是否发生溢油。同时，棱镜选取的形状不易于夹持固定，系统也并未提出具体的封装结构。

发明内容

为了克服传统溢油监测中测量精度低，监测海域范围小，易受天气因素影响以及检测范围无法覆盖原油折射率等不足，本实用新型提供一种基于SPR传感原理的接触式小型化海上溢油监测系统，通过表面等离子传感技术(SPR)对海上溢油事件的发生进行早期、有效地预警。其中，应用了Kretschmann型等腰直角棱镜耦合结构作为SPR传感结构，提高了检测精度，精确检测可覆盖原油折射率范围；设计了新型的传感封装结构，易分布式组网，抗干扰能力强，监测海域范围宽，系统可实现小型化实时在线监测功能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：①SPR棱镜传感装置中选用一字线半导体激光光源，等腰直角棱镜，不采用光源与线阵CCD探测模块同平面贴合在棱镜底面的放置方式。首先，将等腰直角棱镜固定，直角对应面水平向下，通过匹配液贴合放置镀金膜的传感玻片，玻片材质与棱镜材质相同，为重火石玻璃。其次，将一字线半导体激光光源固定在棱镜左侧面上方且位置可细微调整，但不与棱镜左侧面接触，光线以一定发散角入射左侧面，经棱镜底面即传感玻片放置面反射至棱镜右侧面。最后，将线阵CCD探测模块固定于棱镜右侧面上方用于接收棱镜右侧面折射出的光信号，同样位置可细微调整且不与右侧面接触，通过无线通信的方式将采集数据传输至数据处理终端。细微调整光源和线阵CCD探测模块位置使得光源各角度出射光线经棱镜至线阵CCD探测接收前光程相等，以空气或海水为检测背景。由于一字线半导体激光光源光功率分布均匀，光源各角度出射光经棱镜到达线阵CCD探测模块的光程相同，因此，显示在终端采集界面上各像元对应的检测背景光功率均匀且幅值相同，近似为一条平行直线。当传感玻片上有原油附着时，玻片上发生SPR现象，终端采集显示界面出现渐变式谐振吸收峰，通过一套完整的数据处理分析系统可判定溢油事件发生，进行高效地预警、定位。

②系统的传感装置封装结构分为三大部分：