[发明专利]一种用于海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪

说明书

本发明提一种用于海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪，主要包括分光系统、多通道光电倍增管、信号处理模块，其中，分光系统对荧光回波在波长维度上展开；多通道光电倍增管对不同波长荧光进行光电转换；信号处理模块对光电转换后的荧光电信号进行放大、采集和处理，最终完成目标物质光谱指纹的绘制。本发明与传统荧光光谱仪和以高价值的ICCD探测器搭建的光谱仪相比，新设计的多通道荧光光谱仪以较低的成本实现了高灵敏度和远距离的探测性能，适用于远距离外场试验，有更大的动态探测范围。真正的实现对海上溢油油种的鉴别探测。

技术领域

本发明属于光谱获取和物质分子识别领域，具体涉及一种用于海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪的设计。

背景技术

随着海洋生态发展的越来越受到国家的重视，对海洋环境的防护和治理研究逐渐受到社会各界尤其是海洋工作者的关注。目前对海洋环境的污染探测方式主要有星载SAR、辐射计、溢油雷达、可见光、红外成像，但上述几种方式均通过对海面成像完成海上溢油探测，多处在形态学层次，虚警率较高，为提高海洋环境污染检测的及时性和准确性，有人将激光诱导荧光技术引入海上油污监测，尤其是海上溢油情况的发现告警领域。激光诱导荧光技术可以从分子层次上对物质进行探测鉴别，相较前几种形态上的监测方式，识别准确率和实时性更高。

激光诱导荧光技术是将强激光照射至目标物上，目标物受激产生荧光，荧光被收集后，经分光系统将荧光在波长上进行展开，投射至光电探测器的相应通道上面，进行光电转换。获取荧光回波信号在波长上的波谱。对于特定的物质经特定的波长激发，会产生一个特征波长(物质受激发产生荧光波谱中，能量最强处对应的波长就是特征波长)，特征波长仅与物质成分组成和激发激光波长有关，可以作为物质种类鉴别的依据。本技术中，比较关键的是光谱仪，对荧光回波进行分光和光电转换，同时物质受激发产生的荧光一般相对较弱，为达到较好的效果，光谱仪的性能在该技术中占据十分重要地位。

目前在海上用于溢油检测的激光诱导荧光系统中，常用的光谱仪以海洋光学光谱仪为主，主要由分光系统、光电探测器和信号处理模块组成。该光谱仪采用线阵CCD(电荷耦合元件)探测器，而CCD多存在量子效率低、增益小、噪音大等缺点，多采用延长积分时间提高光谱仪的探测能力，但大多数油污受激产生的荧光寿命较短，延长积分时间无法有效提升其探测能力。所以海洋光学光谱仪多应用于试验室或常规荧光受激余辉比较长的物质，应用于外界环境的较少。同时海洋光学光谱仪比较成熟固化，客户根据自己需求进行改造的难度较大。

为解决海洋光学光谱仪的局限性，同时提高探测距离和探测灵敏度，有科研单位以ICCD探测器为核心搭建荧光光谱仪，但ICCD成本较高且多为军用，国产产品缺失，国外对该产品出售控制较严，大批量的在民用推广上受限极多。本发明采用成本相对较低/灵敏度高的多通道光电倍增管替代成本较高的ICCD 和灵敏度较低的CCD作为光电探测器设计一型光谱仪，更便于推广应用于海上油污的检测识别，保障海洋生态环境的正常发展。

发明内容

本发明提供了一种成本相对较低、灵敏度较高的海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪。

本发明一种用于海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪，主要包括分光系统、多通道光电倍增管、信号处理模块，其中，分光系统对荧光回波在波长维度上展开；多通道光电倍增管对不同波长荧光进行光电转换；信号处理模块对光电转换后的荧光电信号进行放大、采集和处理，最终完成目标物质光谱指纹的绘制。

作为优选方案，对光电倍增管的不同通道的光电转换效率进行补偿，使其对不同波长荧光的光电转换效率一致。

作为优选方案，信号处理模块以光电倍增管对不同波长荧光的光电转换效率作为计算因子，对光电倍增管不同通道的光电转换效率进行补偿。

作为优选方案，针对光电倍增管每个通道转换电路的差异性，获取各个通道转换电路的差异因子，数据处理模块根据各个通道转换电路的差异因子进行处理上和补偿，实现光电倍增管各通道输出的一致性。