CN104482853B - 一种现场实时测量海上油膜厚度装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种现场实时测量海上油膜厚度装置及方法，它包括数据采集单元和数据处理单元；数据处理单元用于采集油膜厚度的电信号，并将其传送给数据处理单元；数据处理单元用于将该电信号放大、滤波，且转化成相应的油膜厚度，并传送给远程的附近陆地或者工作船舶，以实现远距离现场实时测量海面溢油的油膜厚度。本发明基于原电池原理，测量影响因素较少，装置微型化，整体成本相对低廉，同时又具有较高的检测精度和灵敏度，可实现远距离现场实时测量。因此，本发明可以广泛用于各类水面溢油事件中油膜厚度的测量以及海上溢油事件的实时监测等领域。

Description

一种现场实时测量海上油膜厚度装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测量水面油膜厚度装置及方法，特别是关于一种现场实时测量海上油膜厚度装置及方法。

背景技术

海面上溢油油膜厚度是计算溢油量的必要参数之一，为溢油的处理和分散剂的用量等，提供合理的指标。

目前，用于海上溢油油膜厚度测量的技术主要有油色目测法、卫星遥感法、光学遥感法(红外线遥感法、紫外线遥感法、激光遥感法)和微波遥感法等。

油色目测法是根据《波恩协议》油膜色彩与油膜厚度的对应关系并结合船舶现场的调查情况来确定。油膜目测法评估中受个人经验的主观因素影响较大，需要受特殊训练，有经验的人来完成，同时还受不同光线和色彩背景的影响较大，通常认为当油膜厚度超过2.5mm时，难以从外观上区分油膜厚度。

卫星遥感法是通过卫星监测海面溢油，利用专业的图像处理系统计算出成像时刻的溢油厚度，这种方法具有费用低廉，准确度高的特点，但是这种方法受海洋环境，天气状况等因素的影响严重。

光学遥感法主要是根据油膜在光谱区内的不同反射、散射、吸收特性将油膜厚度和波谱特征相结合来确定油膜厚度。目前来讲用来探测油膜厚度的光学遥感技术主要有红外遥感法、紫外遥感法和激光遥感法三种。

红外线遥感法是根据油膜在一定厚度情况下吸收太阳辐射，并将一部分的辐射能量以热能的形式释放出去，厚油膜表现为热特征，中等厚度油膜表现为冷特征。这种测量方法价格低廉，重量轻，无需对飞机进行加工，但是受天气状况、海况的因素影响，并且检测不到薄油膜的厚度。

紫外线遥感法主要适用于薄油膜的检测尽管其价格不贵，但是紫外线遥感器容易受外界环境的影响而产生虚假信息，难以与其他遥感影像配准。

激光遥感法可以全天候、全气象的进行监测，应用范围广，但是激光传感器的自身重量很高，价格高昂，限制了这种技术的推广。

微波遥感法原理是海洋本身发射微波辐射，而海面油层会发射比水体本身更强的微波信号，信号会随油层的厚度而变化，因此理论上可以用来测量油膜厚度。但是微波遥感器的空间分辨率较低，并且易受周期性影响，一个亮信号往往不止对应一个油膜厚度，其实用化还难以实现。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种远距离现场实时测量海面溢油的油膜厚度装置及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种现场实时测量海上油膜厚度装置，其特征在于：它包括数据采集单元和数据处理单元；所述数据采集单元用于采集油膜厚度的电信号，并将其传送给所述数据处理单元；所述数据处理单元用于将该电信号放大、滤波，且转化成相应的油膜厚度，并传送给远程的附近陆地或者工作船舶，以实现远距离现场实时测量海面溢油的油膜厚度。

所述数据采集单元包括测量浮子、铂检测电极、锌检测电极和电阻；所述测量浮子采用三角形结构浮子，该三角形结构浮子采用在三脚架的三个角上各自对应设置一球形泡沫浮子；该三角架的中间设置一套筒，并在该套筒内水平间隔相对设置两个凸台，一凸台上连接所述铂检测电极的一端，另一凸台上连接所述锌检测电极的一端；位于所述测量浮子同侧的所述铂检测电极的另一端通过柔性导线连接所述电阻的一端，所述锌检测电极的另一端通过柔性导线连接所述电阻的另一端。

所述数据处理单元包括差分放大器、滤波电路、微处理器、微型信号发射器、处理浮子和密封保护壳；所述差分放大器的输入端连接所述电阻的两端，输出端连接所述滤波电路，所述滤波电路电连接所述微处理器；所述微处理器输出端连接所述微型信号发射器的输入端；所述电阻、所述差分放大器、所述滤波电路、所述微处理器和所述微型信号发射器设置在所述处理浮子同一面的所述密封保护壳内。

一种现场实时测量海上油膜厚度装置的方法，其包括以下步骤：1)将现场实时测量海上油膜厚度装置抛设入存在溢油的海水中，测量浮子和处理浮子会使其漂浮在油膜上表面；测量浮子上穿设的铂检测电极和锌检测电极穿过油膜进入海水中，铂检测电极和锌检测电极两电极之间产生电势差，使电子流动产生电流；2)回路中的电流经电阻后其两端电压信号输入差分放大器中，经差分放大器放大后传送给微处理器；3)微处理器对输入的放大信号进行处理得到油膜厚度数据，并将油膜厚度数据发送个微型信号发射器；4)微型信号发射器将实时测量的油膜厚度数据发射到附近港口或工作船舶上的接收装置，以实现远距离实时测量油膜厚度数据。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、本发明基于原电池原理，无需携带电源，可长时间自动工作，使用简单，无需专业人员操作，不受个人经验问题的影响，设计合适尺寸的检测电极，可适用于各种厚度范围的油膜测量。2、本发明使用了随波性好的三角形结构浮子，使用三个球形泡沫浮子和三角形架固定检测电极，并设置套筒减小检测电极周围液面的波动情况，降低了海况对检测的影响。3、本发明由于是一种现场的实时测量装置，不利用光线，受天气影响较小。4、本发明结构简单，价格低廉，使用方便，可在溢油区域多处抛设，提高其测量精确度，使用了差分放大电路和单片机相连的系统，并自带滤波，可以过滤掉波动产生的虚假信息。5、本发明无需使用特殊的配套设备，一般计算机即可对信号进行分析处理。鉴于以上理由，本发明可以广泛应用与各类水面溢油事件中油膜厚度的测量以及海上溢油事件发生的实时监测等领域。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的俯视图

图3是油膜厚度差与电流变化关系图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，一种现场实时测量海上油膜厚度装置，它包括数据采集单元1和数据处理单元2。

其中，数据采集单元1用于采集油膜厚度的电信号，并将其传送给数据处理单元2；数据处理单元2用于将该电信号放大、滤波，且转化成相应的油膜厚度，并传送给远程的附近陆地或者工作船舶，以实现远距离现场实时测量海面溢油的油膜厚度。

数据采集单元1包括测量浮子11、铂检测电极12、锌检测电极13和电阻14。

测量浮子11采用随波性好的三角形结构浮子，该三角形结构浮子采用在三脚架的三个角上各对应设置一球形泡沫浮子，三角架的中间设置一套筒，并在套筒内水平间隔相对设置两个凸台，一凸台上连接铂检测电极12的一端，另一凸台上连接锌检测电极13的一端，以减小两个检测电极周围液面的波动情况。铂检测电极12的另一端通过柔性导线连接电阻14的一端，锌检测电极13的另一端通过柔性导线连接电阻14的另一端，且电阻14两端的柔性导线连接在测量浮子11的同一面。

数据处理单元2包括差分放大器21、滤波电路22、微处理器23、微型信号发射器24、处理浮子25和密封保护壳26。

差分放大器21的输入端连接电阻14的两端，输出端连接滤波电路22，滤波电路22电连接微处理器23。微处理器23内置电信号大小与油膜厚度的转换数据，其输出端连接微型信号发射器24的输入端。电阻14、差分放大器21、滤波电路22、微处理器23和微型信号发射器24设置在处理浮子25同一面的密封保护壳26内，以防本发明应用时进入海水或其他杂物。

上述实施例中，差分放大器21可以采用AD621型号的差分放大器。

上述实施例中，微处理器23采用型号为80C51的单片机。

上述实施例中，处理浮子25是本领域常用的用于漂浮的器件，故不再详述。

采用本发明装置的测量油膜海上油膜厚度方法，包括以下步骤：

1)将本发明装置抛入存在溢油的海水中，由于浮子作用，测量浮子11和处理浮子25会使其漂浮在油膜上表面；测量浮子11上设置的铂检测电极12和锌检测电极13穿过油膜进入海水中，铂检测电极12和锌检测电极13两电极之间产生电势差，从而使电子流动产生电流，形成原电池。由于测量浮子11漂浮在油膜上表面，油膜厚度不同将会改变锌检测电极13与海水的接触面积。如图3所示的油膜厚度差与电流变化关系图中，横坐标H为油膜厚度的变化值，纵坐标I为相应的电流变化值，而锌检测电极13和海水接触的面积同电流大小呈正比，进而随着油膜厚度的改变影响回路中电流的大小；

2)回路中的电流经电阻14后其两端电压信号(电压信号可以表述如下：V＝I*R*K；其中，V为采集的电压信号，I为回路中电流，R为电阻14，K为差分放大电路21调节的放大系数)输入差分放大器21中，经差分放大器21放大后传送给微处理器23；

3)微处理器23对输入的放大信号进行处理得到油膜厚度数据，并将油膜厚度数据发送给微型信号发射器24；

4)微型信号发射器24将实时测量的油膜厚度数据发射到附近港口或工作船舶上的接收装置，以实现远距离实时测量油膜厚度数据。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种现场实时测量海上油膜厚度装置，其特征在于：它包括数据采集单元和数据处理单元；所述数据采集单元用于采集油膜厚度的电信号，并将其传送给所述数据处理单元；所述数据处理单元用于将该电信号放大、滤波，且转化成相应的油膜厚度，并传送给远程的附近陆地或者工作船舶，以实现远距离现场实时测量海面溢油的油膜厚度；

所述数据采集单元包括测量浮子、铂检测电极、锌检测电极和电阻；所述测量浮子采用三角形结构浮子，该三角形结构浮子采用在三脚架的三个角上各自对应设置一球形泡沫浮子；该三角架的中间设置一套筒，并在该套筒内水平间隔相对设置两个凸台，一凸台上连接所述铂检测电极的一端，另一凸台上连接所述锌检测电极的一端；位于所述测量浮子同侧的所述铂检测电极的另一端通过柔性导线连接所述电阻的一端，所述锌检测电极的另一端通过柔性导线连接所述电阻的另一端。

2.如权利要求1所述的一种现场实时测量海上油膜厚度装置，其特征在于：所述数据处理单元包括差分放大器、滤波电路、微处理器、微型信号发射器、处理浮子和密封保护壳；所述差分放大器的输入端连接所述电阻的两端，输出端连接所述滤波电路，所述滤波电路电连接所述微处理器；所述微处理器输出端连接所述微型信号发射器的输入端；所述电阻、所述差分放大器、所述滤波电路、所述微处理器和所述微型信号发射器设置在所述处理浮子同一面的所述密封保护壳内。

3.一种如权利要求1～2任意一项所述的现场实时测量海上油膜厚度装置的测量海上油膜厚度的方法，其包括以下步骤：

1)将现场实时测量海上油膜厚度装置抛设入存在溢油的海水中，测量浮子和处理浮子会使其漂浮在油膜上表面；测量浮子上穿设的铂检测电极和锌检测电极穿过油膜进入海水中，铂检测电极和锌检测电极两电极之间产生电势差，使电子流动产生电流；

2)回路中的电流经电阻后其两端电压信号输入差分放大器中，经差分放大器放大后传送给微处理器；

3)微处理器对输入的放大信号进行处理得到油膜厚度数据，并将油膜厚度数据发送个微型信号发射器；

4)微型信号发射器将实时测量的油膜厚度数据发射到附近港口或工作船舶上的接收装置，以实现远距离实时测量油膜厚度数据。