CN105043989A - 一种非接触式水面油探测传感器 - Google Patents

Abstract

一种非接触式水面油探测传感器，包括光源、发射镜头、接收镜头、分束器、接收滤光片、接收探测器、控制器和信号处理器，光源发出的光束经发射镜头投射到被探测水面，部分水面反射光由接收镜头接收并会聚，会聚光投射到分束器上，并由分束器分成两束，经过不同带通的滤光片后分别由接收探测器接收，接收探测器将光电信号发送给信号处理器，控制器控制光源和接收探测器同步工作。与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用红外差分探测的方式，对绝大多数油种都可以进行有效的探测；可以适应平静或有波纹的水面；具有更大的探测距离范围；并且环境光不会对探测和判断造成干扰，因此抗干扰能力更强。

Description

一种非接触式水面油探测传感器

技术领域

本发明涉及一种非接触式水面油探测传感器，属于探测设备技术领域，更具体的说是一种用于对水面浮油进行探测的传感器。

背景技术

水面溢油是造成水体环境污染的主要因素之一。实施可靠的水面油监测可以使相关部门及时响应，使污染在对环境产生广泛破坏之前对其控制，使溢油产生的污染最小化，对保护环境、造福人类具有重要的意义。现有的水面油监测传感器可分为接触式和非接触式两大类，采用光学探测原理的非接触式水面油传感器在近年来备受重视，代表性的有基于荧光法的水面油传感器和基于光反射法的水面油传感器。基于荧光法的水面油传感器具有非常高的灵敏度，但是不同油类具有不同的激发波长和荧光光谱，一套设备很难适应不同的油种。基于光反射法的水面油传感器利用油和水的反射率差异来实现水面油探测，仅在平静水面是探测效果较好，水面状态复杂时就会频繁出现误报。上述两种方法共同缺点是：测量的激发荧光和反射光都是绝对量，探测的距离范围较窄，在水面高度变化变化大的情况下效果较差，同时受环境光影响较大，抗干扰能力差。

研究发现，当水面没有浮油时，光谱反射率在3μm附近会有一个突变。在2μm处，水表面的反射率大约为2％，在2.7μm附近处会出现一个低谷，反射率只有0.75％左右，在3.1μm附近反射率会出现一个尖峰，大约为4.7％，在4μm时反射率又恢复到2％左右。当水面存在浮油时，2μm～4μm之间的光谱反射率较为平缓，不会有类似的低谷和尖峰。基于上述原理，可设计一种差分反射水面油监测传感器，利用水面光谱反射率在3.1μm和2.7μm之间的差异来判断是否有水面油存在，该方法可避免直接荧光法的选择性和反射法的环境适应能力差的问题，能够满足水面高度变化大的情况，采用双波长差分方法，测量相对值，抗干扰能力更强。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种非接触式水面油探测传感器，解决现有技术环境适应性差、探测距离范围短和抗干扰能力差的缺陷。

本发明的技术方案是：

一种非接触式水面油探测传感，包括光源、发射镜头、接收镜头、分束器、接收滤光片、接收探测器、控制器和信号处理器，光源发出的光束经发射镜头投射到被探测水面，部分水面反射光由接收镜头接收并会聚，会聚光投射到分束器上，并由分束器分成两束，经过不同带通的滤光片后分别由接收探测器接收，接收探测器将光电信号发送给信号处理器，控制器控制光源和接收探测器同步工作，信号处理器对接收探测器采集的数据进行比对处理，判断是否有浮油存在。

所述的光源采用红外光源，在2～4μm之间有较高能量的连续光谱功率分布，优选的采用卤素灯。

所述的发射镜头采用折射式单透镜或抛物面反射镜，单透镜在2～4μm之间有良好的透过率，反射镜在2～4μm之间有良好的反射率，光源的发光点位于单透镜或抛物面反射镜的焦点处。

所述的接收镜头采用折射式单透镜或抛物面反射镜，单透镜在2～4μm之间有良好的透过率，反射镜在2～4μm之间有良好的反射率，接收探测器位于单透镜或抛物面反射镜的焦点处。

所述的分束器为一个半反半透的平面透镜，在2～4μm之间具有50％：50％的分光比。

所述的接收滤光片包含两种红外窄带滤光片，一种中心波长为2.7μm，半高全宽为0.1μm左右，另一种中心波长为3.1μm，半高全宽为0.1μm左右。两个接收滤光片分别紧贴两个接收探测器设置。接收滤光片优选为红外带通干涉滤光片。

所述的接收探测器为光电探测器，在2～4μm之间具有较高的光电转换效率。

所述的控制器同步控制光源和接收探测器工作，并由信号处理器对两个光电探测器采集的信号进行处理，假定第一接收探测器采集中心波长为2.7μm的信号，输出电流大小为I2.7，第二接收探测器采集中心波长为3.1μm的信号，输出电流大小为I3.1，当I3.1/I2.7≤设定阈值时，判断为无油，当I3.1/I2.7＞设定阈值时，判断为有油。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用红外差分探测的方式，对绝大多数油种都可以进行有效的探测；可以适应平静或有波纹的水面；具有更大的探测距离范围；并且环境光不会对探测和判断造成干扰，因此抗干扰能力更强。

附图说明

图1所示为本发明一种实施例的电路结构示意图。

图2所示为本发明另一种实施例的电路结构示意图。

图中：101为光源，102为折射式单透镜，102'为抛物面反射镜，103光源投影光束，104为投影光束在水面的光斑，105为接收镜头对应的区域，106为接收光束，107为折射式单透镜，107'为抛物面反射镜，108为分束器，109为第一接收滤光片，110为第一接收探测器，111为第二接收滤光片，112为第二接收探测器，113为控制器和信号处理器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行具体阐述，需要指出的是，本发明的技术方案不限于实施例所述的实施方式，本领域的技术人员参考和借鉴本发明技术方案的内容，在本发明的基础上进行的改进和设计，应属于本发明的保护范围。

参照图1所示，本发明所述一种非接触式水面油探测传感，包括光源101、发射镜头、接收镜头、分束器108、接收滤光片、接收探测器、控制器和信号处理器113，光源发出的光束经发射镜头投射到被探测水面，部分水面反射光由接收镜头接收并会聚，会聚光投射到分束器上，并由分束器分成两束，经过不同带通的滤光片后分别由接收探测器接收，接收探测器将光电信号发送给信号处理器，控制器控制光源和接收探测器同步工作，信号处理器对接收探测器采集的数据进行比对处理，判断是否有浮油存在。

所述的光源采用红外光源，在2～4μm之间有较高能量的连续光谱功率分布，优选的采用卤素灯。

所述的发射镜头采用折射式单透镜102，单透镜在2～4μm之间有良好的透过率，光源的发光点位于单透镜的焦点处。

所述的接收镜头采用折射式单透镜，单透镜在2～4μm之间有良好的透过率，接收探测器位于单透镜的焦点处。

所述的分束器为一个半反半透的平面透镜，在2～4μm之间具有50％：50％的分光比。

所述的接收滤光片包含两种红外窄带滤光片，一种中心波长为2.7μm，半高全宽为0.1μm左右，另一种中心波长为3.1μm，半高全宽为0.1μm左右。两个接收滤光片分别紧贴两个接收探测器设置。接收滤光片优选为红外带通干涉滤光片。

所述的接收探测器为光电探测器，在2～4μm之间具有较高的光电转换效率。

所述的控制器同步控制光源和接收探测器工作，并由信号处理器对两个光电探测器采集的信号进行处理，假定第一接收探测器110采集中心波长为2.7μm的信号，输出电流大小为I2.7，第二接收探测器112采集中心波长为3.1μm的信号，输出电流大小为I3.1，当I3.1/I2.7≤设定阈值时，判断为无油，当I3.1/I2.7＞设定阈值时，判断为有油。

如图2所示，本发明所述一种非接触式水面油探测传感，包括光源101、发射镜头、接收镜头、分束器108、接收滤光片、接收探测器、控制器和信号处理器，光源发出的光束经发射镜头投射到被探测水面，部分水面反射光由接收镜头接收并会聚，会聚光投射到分束器上，并由分束器分成两束，经过不同带通的滤光片后分别由接收探测器接收，接收探测器将光电信号发送给信号处理器，控制器控制光源和接收探测器同步工作，信号处理器对接收探测器采集的数据进行比对处理，判断是否有浮油存在。

所述的光源采用红外光源，在2～4μm之间有较高能量的连续光谱功率分布，优选的采用卤素灯。

所述的发射镜头采用抛物面反射镜102'，反射镜在2～4μm之间有良好的反射率，光源的发光点位于抛物面反射镜的焦点处。

所述的接收镜头采用抛物面反射镜107'，反射镜在2～4μm之间有良好的反射率，接收探测器位于抛物面反射镜的焦点处。

发射镜头和接收镜头均采用抛物面反射镜，通过反射的作用，可以将光路结构合理配置，缩小设备的体积。

所述的分束器为一个半反半透的平面透镜，在2～4μm之间具有50％：50％的分光比。

所述的接收滤光片包含两种红外窄带滤光片，一种中心波长为2.7μm，半高全宽为0.1μm左右，另一种中心波长为3.1μm，半高全宽为0.1μm左右。两个接收滤光片分别紧贴两个接收探测器设置。接收滤光片优选为红外带通干涉滤光片。

所述的接收探测器为光电探测器，在2～4μm之间具有较高的光电转换效率。

所述的控制器同步控制光源和接收探测器工作，并由信号处理器对两个光电探测器采集的信号进行处理，假定第一接收探测器采集中心波长为2.7μm的信号，输出电流大小为I2.7，第二接收探测器采集中心波长为3.1μm的信号，输出电流大小为I3.1，当I3.1/I2.7≤设定阈值时，判断为无油，当I3.1/I2.7＞设定阈值时，判断为有油。

本发明并不局限于所述的实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神即公开范围内，仍可作一些修正或改变，故本发明的权利保护范围以权利要求书限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种非接触式水面油探测传感器，包括光源、发射镜头、接收镜头、分束器、接收滤光片、接收探测器、控制器和信号处理器，光源发出的光束经发射镜头投射到被探测水面，部分水面反射光由接收镜头接收并会聚，会聚光投射到分束器上，并由分束器分成两束，经过不同带通的滤光片后分别由接收探测器接收，接收探测器将光电信号发送给信号处理器，控制器控制光源和接收探测器同步工作，信号处理器对接收探测器采集的数据进行比对处理，判断是否有浮油存在。

2.如权利要求1所述的一种非接触式水面油探测传感器，其特征在于，所述的光源采用红外光源。

3.如权利要求2所述的一种非接触式水面油探测传感器，其特征在于，所述的光源优选的采用卤素灯。

4.如权利要求1所述的一种非接触式水面油探测传感器，其特征在于，所述的发射镜头采用折射式单透镜或抛物面反射镜，光源的发光点位于单透镜或抛物面反射镜的焦点处。

5.如权利要求1或4所述的一种非接触式水面油探测传感器，其特征在于，所述的接收镜头采用折射式单透镜或抛物面反射镜，接收探测器位于单透镜或抛物面反射镜的焦点处。

6.如权利要求1所述的一种非接触式水面油探测传感器，其特征在于，所述的分束器为一个半反半透的平面透镜。

7.如权利要求1所述的一种非接触式水面油探测传感器，其特征在于，所述的接收滤光片包含两种红外窄带滤光片，两个接收滤光片分别紧贴两个接收探测器设置。

8.如权利要求7所述的一种非接触式水面油探测传感器，其特征在于，接收滤光片优选为红外带通干涉滤光片。

9.如权利要求1所述的一种非接触式水面油探测传感器，其特征在于，所述的接收探测器为光电探测器。