CN106524930A - 一种光电复合式水体石油烃类污染物厚度的无线传感方法及装置 - Google Patents

一种光电复合式水体石油烃类污染物厚度的无线传感方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106524930A
CN106524930A CN201611178067.XA CN201611178067A CN106524930A CN 106524930 A CN106524930 A CN 106524930A CN 201611178067 A CN201611178067 A CN 201611178067A CN 106524930 A CN106524930 A CN 106524930A
Authority
CN
China
Prior art keywords
control unit
array
oil
marginal
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611178067.XA
Other languages
English (en)
Inventor
冯巍巍
王焕卿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yantai Institute of Coastal Zone Research of CAS
Original Assignee
Yantai Institute of Coastal Zone Research of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yantai Institute of Coastal Zone Research of CAS filed Critical Yantai Institute of Coastal Zone Research of CAS
Priority to CN201611178067.XA priority Critical patent/CN106524930A/zh
Publication of CN106524930A publication Critical patent/CN106524930A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material

Abstract

本发明公开一种光电复合式水体石油烃类污染物厚度的无线传感方法及装置，蓝光LED灯阵列发出的经第一测量池的光通过硅光电池阵列接收后传输至控制单元；控制单元根据接收来的信号检测出石油和海水分界线的初步位置；控制单元根据所述初步位置的数据驱动电机将线阵CCD移动到石油和海水分界线的初步位置，再通过线阵CCD检测出石油和海水分界线的精确位置；最后控制单元将该区域的位置信息和石油层的厚度信息通过无线通信模块发送给控制终端。本发明的优点：操作方便，成本低，精度高等优点，可通过机载、船载投弃式对水体油膜进行实时测量，能够适应实际环境下的复杂情况，实时测量水体石油烃类污染物厚度。

Description

一种光电复合式水体石油烃类污染物厚度的无线传感方法及 装置
技术领域
本发明属于海洋环境实时监测技术领域，特别涉及一种水体石油烃类污染物厚度测量系统。
背景技术
水体石油烃类污染物厚度测量在环境保护、化工分析、石油回收研究等领域中均有应用，对于海上溢油事故有着重要意义，为溢油治理提供有效合理的指导，为理解油层扩展动力学的基本理论提供重要的科学依据。目前已提出并用于海面的不同油品和不同油膜厚度测量的常见装置有以下几种：
1：基于红外探测原理研制的油膜厚度传感器，在空中或者利用卫星观测油膜吸收太阳辐射放出热量后在红外成像中呈现的不同状态测量油膜厚度，这种方法不易标定，精度较低而且受海洋环境、天气状况等因素的影响严重。
2：基于激光诱发荧光法研制的海面油膜厚度传感器，由空中激光诱导荧光系统发射的紫外激光可以诱发荧光引起拉曼散射，通过分析不同油品的荧光寿命和不同油膜厚度下的光谱强度，可以同时实现油品鉴别和油膜厚度的测量，主要适用于薄油层厚度的测量，这种方法不适宜测量石油烃类等较厚的油层。
3：基于激光激发超声波原理研制的激光超声遥感测量油膜厚度传感器，利用声脉冲传播经过油层再返回油气界面的时间和在油层中的声波传播速度计算得到油层厚度。这种传感器测量精度高，但体积很大，成本高。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种低成本、远距离现场实时测量水体石油烃类污染物厚度的方法及装置，具体技术方案如下：
一种光电复合式水体石油烃类污染物厚度的无线传感方法，蓝光LED灯阵列发出的经第一测量池的光通过硅光电池阵列接收后传输至控制单元；通过硅光电池阵列接收后传输至控制单元；控制单元根据接收来的信号检测出石油和海水分界线的初步位置；由电导阵列正极流出的电流经过第二测量池流回电导阵列负极，控制单元通过测量流经第二测量池的电流强度得到测量数据进而判断石油和海水分界线的初步位置；控制单元根据所述初步位置的数据驱动电机将线阵CCD移动到石油和海水分界线的初步位置，再通过线阵CCD检测出石油和海水分界线的精确位置；控制单元读取石油和海水分界线的精确位置数据，进而计算出石油层的精确厚度；最后控制单元将该区域的位置信息和石油层的厚度信息通过无线通信模块发送给控制终端。
本发明进一步公开了一种实现所述方法的装置，包括多个浮球，所述浮球间通过连杆连接成整体；所述浮球下方设置控制单元及测量单元，所述控制单元包括数据采集模块、地理位置定位模块、实时无线通信模块；所述测量单元包括纵向并列设置的第一测量池和第二测量池，所述第一测量池的两侧分别为蓝色LED灯阵列和硅光电池阵列、线阵CCD，第二测量池的两侧分别为电导阵列的正极和负极；所述线阵CCD由电机驱动，可在机械导轨上纵向滑动；蓝色LED灯阵列发出的蓝光经过第一测量池由硅光电池阵列和线阵CCD接收，硅光电池阵列和线阵CCD接收到蓝光后将测量数据输送到控制单元；由电导阵列正极流出的电流经过第二测量池流回电导阵列负极，控制单元通过测量流经第二测量池的电流强度得到测量数据；
控制单元根据硅光电池阵列和电导阵列接收来的信号检测出石油和海水分界线的初步位置；控制单元驱动电机将线阵CCD移动到石油和海水分界线的初步位置，再通过线阵CCD检测出石油和海水分界线的精确位置；控制单元会读取到石油和海水分界线的精确位置数据，进而计算出石油层的精确厚度；最后控制单元将该区域的位置信息和石油层的厚度信息通过无线通信模块发送给控制终端。
所述浮球为3个，呈三角形排列。
还包括减速装置，所述减速装置固定在连杆上或浮球上；所述减速装置为减速伞。
本发明的优点和积极效果：本装置具有操作方便，成本低，精度高等优点，可通过机载、船载投弃式对水体油膜进行实时测量，通过硅光电池阵列、电导阵列、线阵CCD三种检测单元之间优缺点互补配合进行工作，能够适应实际环境下的复杂情况，实时测量水体石油烃类污染物厚度。原理简单，成本低，同时可以保证测量结果具有较高的精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1:浮球、2：连杆、3：控制单元、4：蓝色LED灯阵列、5：线阵CCD、6：机械导轨、7：正极、8：负极(GND)、9：硅光电池阵列、10：电机、11：齿轮、12：第一测量池、13：螺杆、14：第二测量池。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明，如图1所示，本发明包括多个浮球1，所述浮球1间通过连杆2连接成整体；所述浮球1下方设置控制单元及测量单元，所述控制单元包括数据采集模块、地理位置定位模块、实时无线通信模块；所述测量单元包括纵向并列设置的第一测量池12和第二测量池14，所述第一测量池12的两侧分别为蓝色LED灯阵列4和硅光电池阵列9、线阵CCD5，第二测量池14的两侧分别为电导阵列的正极7和负极8；所述线阵CCD5由电机10驱动，可在机械导轨6上纵向滑动；蓝色LED灯阵列4发出的蓝光经过第一测量池12由硅光电池阵列9和线阵CCD5接收，硅光电池阵列和线阵CCD接收到蓝光后将测量数据输送到控制单元；由电导阵列正极7流出的电流经过第二测量池14流回电导阵列负极8，控制单元通过测量流经第二测量池的电流强度得到测量数据；
控制单元根据硅光电池阵列和电导阵列接收来的信号检测出石油和海水分界线的初步位置；控制单元驱动电机10将线阵CCD移动到石油和海水分界线的初步位置，再通过线阵CCD5检测出石油和海水分界线的精确位置；线阵线阵CCD5也是利用蓝色LED灯阵列4发出的经过第一测量池的蓝光进行测量；控制单元会读取到石油和海水分界线的精确位置数据，进而计算出石油层的精确厚度；最后控制单元将该区域的位置信息和石油层的厚度信息通过无线通信模块发送给控制终端。
所述浮球为3个，呈三角形排列。
还包括减速装置，所述减速装置固定在连杆上或浮球上；所述减速装置为减速伞。
所述蓝色LED灯阵列4是采用若干个蓝色(460nm)LED灯等距排成的一列；硅光电池阵列9是由硅光电池纵向排成的一列；电导阵列是由导电金属片纵向排成的一列；线阵CCD由若干个非常小的感光CCD纵向排列而成；电动导轨是由电机带动的机械导轨可以进行往复式运动。硅光电池阵列可以利用石油和水的透光性差异检测出石油和水的分界线；电导阵列可以利用石油和水的导电性差异检测出石油和水的分界线；以上这两种方法是粗测，只能粗略的检测出石油和水的分界线；要精细的确定石油和水分界线的位置需要用线阵CCD，由于线阵CCD长度有限，需要电动导轨带动线阵CCD运动到硅光电池、电导阵列先前检测出的粗略位置进而进行精细测量。通过以上可以看出硅光电池阵列检测单元优点是测量范围广，缺点是测量精度低；线阵CCD检测单元优点是测量精度高，缺点是测量范围小；电导阵列检测单元优点是抗干扰能力强、成本低，缺点是测量精度低。所以采用三种检测方法优缺点互补，相互配合进行工作的方案，该方案能够适应实际环境下的复杂情况。控制器根据测量到的数据通过滤波、合成算法得到水体石油烃类污染物厚度。
所述的控制器主体为单片机，加入定位模块和无线通信模块，使其能够将当前地理位置信息和石油烃类污染物厚度数据无线发送到控制终端。
本发明的部件均可采用市购产品。线阵CCD可采用东芝公司的TCD1304AP型号产品；电导阵列可采用石墨电极材料；硅光电池可采用Sillcon公司的PC10-2型号产品；单片机可采用TI公司的MSP430型号产品。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光电复合式水体石油烃类污染物厚度的无线传感方法，其特征在于：蓝光LED灯阵列发出的经第一测量池的光通过硅光电池阵列接收后传输至控制单元；控制单元根据接收来的信号检测出石油和海水分界线的初步位置；由电导阵列正极流出的电流经过第二测量池流回电导阵列负极，控制单元通过测量流经第二测量池的电流强度得到测量数据进而判断石油和海水分界线的初步位置；控制单元根据所述初步位置的数据驱动电机将线阵CCD移动到石油和海水分界线的初步位置，再通过线阵CCD检测出石油和海水分界线的精确位置；控制单元读取石油和海水分界线的精确位置数据，进而计算出石油层的精确厚度；最后控制单元将该区域的位置信息和石油层的厚度信息通过无线通信模块发送给控制终端。
2.一种实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于：包括多个浮球，所述浮球间通过连杆连接成整体；所述浮球下方设置控制单元及测量单元，所述控制单元包括数据采集模块、地理位置定位模块、实时无线通信模块；所述测量单元包括纵向并列设置的第一测量池和第二测量池，所述第一测量池的两侧分别为蓝色LED灯阵列和硅光电池阵列、线阵CCD，第二测量池的两侧分别为电导阵列的正极和负极；所述线阵CCD由电机驱动，可在机械导轨上纵向滑动；蓝色LED灯阵列发出的蓝光经过第一测量池由硅光电池阵列和线阵CCD接收，硅光电池阵列和线阵CCD接收到蓝光后将测量数据输送到控制单元；由电导阵列正极流出的电流经过第二测量池流回电导阵列负极，控制单元通过测量流经第二测量池的电流强度得到测量数据；
控制单元根据硅光电池阵列和电导阵列接收来的信号检测出石油和海水分界线的初步位置；控制单元驱动电机将线阵CCD移动到石油和海水分界线的初步位置，再通过线阵CCD检测出石油和海水分界线的精确位置；控制单元会读取到石油和海水分界线的精确位置数据，进而计算出石油层的精确厚度；最后控制单元将该区域的位置信息和石油层的厚度信息通过无线通信模块发送给控制终端。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述浮球为3个，呈三角形排列。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：还包括减速装置，所述减速装置固定在连杆上或浮球上；所述减速装置为减速伞。
CN201611178067.XA 2016-12-19 2016-12-19 一种光电复合式水体石油烃类污染物厚度的无线传感方法及装置 Pending CN106524930A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611178067.XA CN106524930A (zh) 2016-12-19 2016-12-19 一种光电复合式水体石油烃类污染物厚度的无线传感方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611178067.XA CN106524930A (zh) 2016-12-19 2016-12-19 一种光电复合式水体石油烃类污染物厚度的无线传感方法及装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106524930A true CN106524930A (zh) 2017-03-22

Family

ID=58341129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611178067.XA Pending CN106524930A (zh) 2016-12-19 2016-12-19 一种光电复合式水体石油烃类污染物厚度的无线传感方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106524930A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110160452A (zh) * 2019-06-19 2019-08-23 哈尔滨工业大学（威海） 基于激光拉曼及激光荧光的水面油膜厚度的测量方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030117150A1 (en) * 2001-12-13 2003-06-26 Christine Noik Interface detector
WO2006064116A1 (fr) * 2004-12-13 2006-06-22 Total France Procede pour l’analyse de la composition en hydrocarbures de produits petroliers liquides
CN101387538A (zh) * 2008-10-29 2009-03-18 哈尔滨工程大学 线阵ccd透射式液位测量方法及测量装置
US20090216464A1 (en) * 2008-02-21 2009-08-27 Korea Institute Of Science & Technology Integrated in-line oil monitoring apparatus
US20110060551A1 (en) * 2009-08-13 2011-03-10 American University Of Beirut Apparatus for measuring depth of a hydrophobic liquid on the surface of water and method for same
CN102052953A (zh) * 2009-11-02 2011-05-11 西安费斯达自动化工程有限公司 油罐油、水、乳化层界面的光学阵列图像检测系统
CN102607434A (zh) * 2012-03-08 2012-07-25 天津大学 海面油膜厚度测量装置
CN103234448A (zh) * 2013-04-25 2013-08-07 大连海事大学 一种海面油膜厚度检测系统及检测方法
CN104482853A (zh) * 2014-12-23 2015-04-01 大连海事大学 一种现场实时测量海上油膜厚度装置及方法
US20150253126A1 (en) * 2014-03-05 2015-09-10 David A. Palandro Method, Apparatus and System for Detecting the Thickness of a Substance on a Body of Water
US20150346017A1 (en) * 2014-05-30 2015-12-03 Tachyus Corporation Fluid volumetric analyzer
CN205079740U (zh) * 2015-11-13 2016-03-09 天津海运职业学院 一种溢油油膜厚度现场快速测量装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030117150A1 (en) * 2001-12-13 2003-06-26 Christine Noik Interface detector
WO2006064116A1 (fr) * 2004-12-13 2006-06-22 Total France Procede pour l’analyse de la composition en hydrocarbures de produits petroliers liquides
US20090216464A1 (en) * 2008-02-21 2009-08-27 Korea Institute Of Science & Technology Integrated in-line oil monitoring apparatus
CN101387538A (zh) * 2008-10-29 2009-03-18 哈尔滨工程大学 线阵ccd透射式液位测量方法及测量装置
US20110060551A1 (en) * 2009-08-13 2011-03-10 American University Of Beirut Apparatus for measuring depth of a hydrophobic liquid on the surface of water and method for same
CN102052953A (zh) * 2009-11-02 2011-05-11 西安费斯达自动化工程有限公司 油罐油、水、乳化层界面的光学阵列图像检测系统
CN102607434A (zh) * 2012-03-08 2012-07-25 天津大学 海面油膜厚度测量装置
CN103234448A (zh) * 2013-04-25 2013-08-07 大连海事大学 一种海面油膜厚度检测系统及检测方法
US20150253126A1 (en) * 2014-03-05 2015-09-10 David A. Palandro Method, Apparatus and System for Detecting the Thickness of a Substance on a Body of Water
US20150346017A1 (en) * 2014-05-30 2015-12-03 Tachyus Corporation Fluid volumetric analyzer
CN104482853A (zh) * 2014-12-23 2015-04-01 大连海事大学 一种现场实时测量海上油膜厚度装置及方法
CN205079740U (zh) * 2015-11-13 2016-03-09 天津海运职业学院 一种溢油油膜厚度现场快速测量装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110160452A (zh) * 2019-06-19 2019-08-23 哈尔滨工业大学（威海） 基于激光拉曼及激光荧光的水面油膜厚度的测量方法
CN110160452B (zh) * 2019-06-19 2020-09-01 哈尔滨工业大学（威海） 基于激光拉曼及激光荧光的水面油膜厚度的测量方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Downing et al. New instrumentation for the investigation of sediment suspension processes in the shallow marine environment
CN104034317B (zh) 利用往复式海洋微结构剖面仪检测湍流的方法
CN110146673A (zh) 可远程控制的水质检测船及应用其的水质检测方法
CN104792672A (zh) Pm2.5质量浓度的高度分布探测装置及其探测方法
CN109253765A (zh) 河流流量在线监测测量系统及流量计算方法
RU2499248C1 (ru) Комплекс экологического мониторинга водных объектов
CN102607434A (zh) 海面油膜厚度测量装置
Ackerman et al. Measurement of local bed shear stress in streams using a Preston‐static tube
KR20190038211A (ko) 실시간 위치기반 표준형 등부표용 해양 감시 시스템
Smith Jr et al. An autonomous. bottom‐transecting vehicle for making long time‐series measurements of sediment community oxygen consumption to abyssal depths
CN102288646A (zh) 一种海水中泥沙浓度垂向分布的原位自动监测方法及系统
CN106524930A (zh) 一种光电复合式水体石油烃类污染物厚度的无线传感方法及装置
Liao et al. Development of an in situ underwater particle image velocimetry (UWPIV) system
CN113074908A (zh) 一种测量水位波动对通江湖泊底栖动物栖息地水动力影响的装置与方法
Colomer et al. Observations of a hydrothermal plume in a karstic lake
CN108469236A (zh) 一种适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头
CN107145104B (zh) 内河船舶载重测量系统及其测量方法
de la Fuente et al. Diffusional mass transfer coefficient at the water–sediment interface for wind-induced flow in very shallow lagoons
CN215066606U (zh) 一种野外水动力-地形-水质同步测量一体化装置
Schulz et al. Acoustic and optical methods to infer water transparency at Time Series Station Spiekeroog, Wadden Sea
CN202770666U (zh) 水体浮标剖面采样装置
Xiao et al. Asphalt pavement water film thickness detection and prediction model: A review
Prandke et al. Investigation of microstructure and turbulence in marine and limnic waters using the MST Profiler
CN109375286B (zh) 一种海气通量的自动测量装置及方法
CN110230247A (zh) 一种基于激光多普勒技术的道路结构性病害检测装置和方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170322

RJ01 Rejection of invention patent application after publication