CN104330387A - 液面油污测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液面油污测量系统，其特征在于，激光器发射的激光束经过保偏光纤耦合器后分成两束光，两束光经过不同的准直扩束器后分别照射到达参考海水样本和待测海水的液面，光束经液面散射后到达不同的光纤准直透镜，接着到达不同的分束器并在分束器中再次分成两束光(共计四束光)，经过分束器后所形成的四束光两两分别进入同一个光谱仪和偏振态测试仪，光谱仪和偏振态测试仪得出的结果输入到信号分析系统中进行分析处理。本发明的有益之处在于：抗干扰能力强，测量精度高、误差小；可定性的判定液面的油污种类、定量测量油污厚度；可适时、适地的了解已污染海水的液面油污情况。

Description

液面油污测量系统

技术领域

本发明涉及一种液面油污测量系统，属于测量设备技术领域。

背景技术

现有的液面油污测量系统主要存在以下缺点：

1、抗干扰能力较弱，易受周围环境的影响；

2、测量范围较小，无法进行全方位的扫描探测；

3、进行判断的数据较少且不全面，无法精确地得出结论，存在较大的误差。

另外，因为不同地区存在区域、湿度等一些环境因素的影响，所以不同地区未污染海水的光谱分布、退偏程度、荧光谱分布等数据存在差距，若实验中已污染海水的光谱分布、退偏程度、荧光谱分布等数据与前人已经测量过的未污染海水相关数据的数据库相比较，则缺乏了适时、适地的测量，受到环境因素的影响，测量精度低。

此外，现有的机载探测系统对激光发射器、信号接收系统、信号处理系统以及承载平台等均提出了相当高的要求，技术实现的难度较大。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种误差小、精度高、抗干扰能力强、既可以测出液面的油污种类又可以测出油污厚度的液面油污测量系统。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种液面油污测量系统，其特征在于，包括：激光器、保偏光纤耦合器、两个支架、两个准直扩束器、两个光纤准直透镜、两个分束器、光谱仪、偏振态测试仪和信号分析系统，前述激光器发射波长为532nm的脉冲线偏振光，前述支架、准直扩束器、光纤准直透镜和分束器分成两组，每一组中准直扩束器和光纤准直透镜均安装在支架上；

前述激光器发射的激光束经过保偏光纤耦合器后分成两束光，其中一束光经过准直扩束器后照射到达参考海水的样本液面，光束经样本液面散射后到达光纤准直透镜，接着到达分束器并在分束器中分成两束光，经过分束器后所形成的两束光分别进入光谱仪和偏振态测试仪，光谱仪和偏振态测试仪得出的结果输入到信号分析系统中进行分析处理；

经过保偏光纤耦合器后所形成的另一束光束经过另一个准直扩束器后照射到达待测海水的液面，光束经液面散射后到达另一个光纤准直透镜，接着到达另一个分束器并在该分束器中分成两束光，经过该分束器后所形成的两束光分别进入同一个光谱仪和偏振态测试仪，光谱仪和偏振态测试仪得出的结果输入到信号分析系统中进行分析处理。

前述的液面油污测量系统，其特征在于，测量系统采用保偏光纤输出激光。

前述的液面油污测量系统，其特征在于，前述支架为二维旋转俯仰可调支架。

本发明的有益之处在于：

1、测量系统根据后向散射的光谱分布、退偏程度以及荧光激发的情况，可以定性的判定液面的油污种类以及定量测量油污厚度；

2、测量系统能够将已污染海水中的光谱分布、退偏程度、荧光谱分布等情况与当地未污染海水中的光谱分布、退偏程度、荧光谱分布等情况进行比较，从而可以适时、适地的了解已污染海水的液面油污情况；

3、测量系统中的光源为脉冲线偏光源，有效的提高了抗干扰能力；

4、测量系统将光谱分布、退偏程度、荧光谱分布等数据融合在一起进行判决，使得所得的数据的精度提高，误差减小。

附图说明

图1是本发明液面油污测量系统的组成原理图；

图2是532nm激光照射某一厚度原油激发荧光光谱图；

图3是532nm激光照射四种不同厚度机油的后向散射谱；

图4是532nm激光照射同一厚度不同油污的后向散射谱。

图中附图标记的含义：1-激光器，2-保偏光纤耦合器，3-支架，4-准直扩束器，5-光纤准直透镜，6-支架，7-准直扩束器，8-光纤准直透镜，9-分束器，10-分束器，11-光谱仪，12-偏振态测试仪，13-信号分析系统。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1，本发明的液面油污测量系统包括：激光器1、保偏光纤耦合器2、两个支架(分别记为支架3、支架6)、两个准直扩束器(分别记为准直扩束器4、准直扩束器7)、两个光纤准直透镜(分别记为光纤准直透镜5、光纤准直透镜8)、两个分束器(分别记为分束器9、分束器10)、光谱仪11、偏振态测试仪12和信号分析系统13，其中，激光器1发射波长为532nm的脉冲线偏振光；准直扩束器4、光纤准直透镜5、分束器9和支架3分为一组，准直扩束器4和光纤准直透镜5均安装在支架3；准直扩束器7、光纤准直透镜8、分束器10和支架6分为一组，准直扩束器7和光纤准直透镜8均安装在支架6上。为保证准直扩束器4与光纤准直透镜5的光轴平行、准直扩束器7与光纤准直透镜8的光轴平行，支架3和支架6均优选为二维旋转俯仰可调支架。

本发明的液面油污测量系统，其测量原理如下：

激光器1发射波长为532nm的脉冲线偏振光，该激光束经过保偏光纤耦合器2后分成两束光，该两束光的光路分别如下：

(1)、两束光中的一束光到达准直扩束器4，然后照射到达参考海水的样本液面，光束经样本液面散射后到达光纤准直透镜5(优选大口径光纤准直透镜)，接着到达分束器9，并在分束器9中分成两束光，经过分束器9后所形成的两束光分别进入光谱仪11和偏振态测试仪12，光谱仪11和偏振态测试仪12得出的结果(包括：光谱分布、偏振程度、荧光谱分布等)输入到信号分析系统13中进行分析处理；

(2)、经过保偏光纤耦合器2后所形成的两束光中的另一束光束到达另一个准直扩束器7，然后照射到达参待测海水的样本液面，光束经样本液面散射后到达另一个光纤准直透镜8(优选大口径光纤准直透镜)，接着到达另一个分束器10，并在分束器10中分成两束光，经过分束器10后所形成的两束光分别进入同一个光谱仪11和偏振态测试仪12，光谱仪11和偏振态测试仪12得出的结果(包括：光谱分布、偏振程度、荧光谱分布等)输入到信号分析系统13中进行分析处理；

最后，信号分析系统13将以上所得的两组数据进行对比，即可适时、适地的了解已污染海水的液面油污情况。

测量系统所使用的光纤均为保偏光纤。

测量对象：石油、原油、重油等油污。

测量范围：0.3m-30m。

测量数据：光谱分布、退偏分布、荧光谱分布。

本发明的测量系统根据后向散射的光谱分布、退偏程度以及荧光激发的情况，可以定性的判定液面的油污种类以及定量测量油污厚度，详细说明如下：

(1)、当一短波长激光(532nm)照射油污表面时，可激发较长波长荧光，光谱仪既可得到后向散射谱，又可获取荧光光谱，如图2所示。由于①同一波长激光激发不同油污的荧光谱不同、②线偏振光激发不同油污的后向散射光偏振度不同、③未污染海水在激光照射下无荧光激发，所以综合上述3个特征，即可精确的定性油污的种类，精确率达100％。

(2)、不同厚度的同种油污在某一波长(532nm)激光照射下，其后向散射强度差异较大，虽受干扰后略有波动，但双光路激光照射，可减小各种抖动和干扰，如图3所示。相同厚度的不同油污在同一波长激光照射下，特征明显，如图4所示。不同海域、气象条件下，普通海水的后向散射谱不同，可补偿厚度测量的波动误差。综合上述3点，即可在已知油污种类后，精确的给出油污厚度，误差小于7％。

由此可见，本发明的液面油污测量系统与现有的液面油污测量系统相比，具有定性判定精确、定量测量误差小等优势。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.液面油污测量系统，其特征在于，包括：激光器(1)、保偏光纤耦合器(2)、两个支架(3，6)、两个准直扩束器(4，7)、两个光纤准直透镜(5，8)、两个分束器(9，10)、光谱仪(11)、偏振态测试仪(12)和信号分析系统(13)，所述激光器(1)发射波长为532nm的脉冲线偏振光，所述支架(3，6)、准直扩束器(4，7)、光纤准直透镜(5，8)和分束器(9，10)分成两组，每一组中准直扩束器(4，7)和光纤准直透镜(5，8)均安装在支架(3，6)上；

所述激光器(1)发射的激光束经过保偏光纤耦合器(2)后分成两束光，其中一束光经过准直扩束器(4)后照射到达参考海水的样本液面，光束经样本液面散射后到达光纤准直透镜(5)，接着到达分束器(9)并在分束器(9)中分成两束光，经过分束器(9)后所形成的两束光分别进入光谱仪(11)和偏振态测试仪(12)，光谱仪(11)和偏振态测试仪(12)得出的结果输入到信号分析系统(13)中进行分析处理；

经过保偏光纤耦合器(2)后所形成的另一束光束经过另一个准直扩束器(7)后照射到达待测海水的液面，光束经液面散射后到达另一个光纤准直透镜(8)，接着到达另一个分束器(10)并在该分束器(10)中分成两束光，经过该分束器(10)后所形成的两束光分别进入同一个光谱仪(11)和偏振态测试仪(12)，光谱仪(11)和偏振态测试仪(12)得出的结果输入到信号分析系统(13)中进行分析处理。

2.根据权利要求1所述的液面油污测量系统，其特征在于，测量系统采用保偏光纤输出激光。

3.根据权利要求1所述的液面油污测量系统，其特征在于，所述支架(3，6)为二维旋转俯仰可调支架。