CN110231322A - 一种在线溢油污染监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线溢油污染监测装置，包括信号采集装置、信号传输装置和信号处理装置；所述的信号采集装置通过信号传输装置将信号传给信号处理装置；所述的信号采集测装置由1个或多个光纤氧传感器和疏水吸油材料组成；所述的光纤氧传感器由传感器主体部分和探头部分可拆卸式连接；所述的传感器主体部分由内部中空的壳体及集成在所述壳体内的蓝光光源和红光光源、光源驱动、传导光纤、荧光接收板、红光滤光片、光电传感器件、信号采集卡、信号识别器及控制电路板组成；所述的探头部分由盖体及集成在所述盖体内可激发出荧光的氧敏感层构成。本发明便于携带，简便实用，监测过程简单，不受场地影响，可现场观测和远程实时观测。

Description

一种在线溢油污染监测装置

技术领域

本发明属于水体油类监测领域，具体为一种基于无线信号传输/接收的在线油污实时监测装置。

背景技术

海洋大型溢油事故具有污染范围广，持续时间长，危害影响大，清理难度大的特点，这会对海洋生态环境造成无法挽回的破坏。如果能快速精确监测海洋溢油污染，并在线监测溢油污染情况，确定污染区域及程度，将对溢油污染治理工作提供极大的帮助，可及时减小溢油污染对海洋环境的影响。

海洋溢油遥感监测技术起源于上世纪60年代末70年代初的国外，美国1974年建立了航空海上油膜监测系统(AOSS)。近年来我国科技工作者大都是利用Landsat-TM、NOAA-AVHRR、Terra/Aqua-MODIS等数据来监测海洋溢油。这些数据都是通过以上卫星直接获得。目前海上溢油监测的设备装置有卫星遥感监测装置、航空遥感监测装置、船舶遥感监测装置、CCTV监测装置、定点监测装置和浮标跟踪装置等。这些监测装置都是通过各自的设备及原理对海洋溢油进行监测，具体工作设备及优缺点如表1所示。

表1多种监测模式优缺点对比

同时，数据的收集和传输在海洋溢油监测中也极其重要。由于海洋监测工作环境的多变性，导致信号传输会受到不同因素的干扰，特别是在远程控制模式下，信号在传输过程中的衰减和干扰问题尤为突出。光纤通信技术的出现，极大地提升了信息的传输效率和传输质量。光纤通信技术作为一种全新的信息传输技术，在各行各业都有使用，能使设备监测到的数据更快地传输。光纤通信技术主要以光纤作为信息载体，以光波的形式进行数据的传输，光纤中光的传播利用的是“光的全反射”原理，借助发光二极管等装置将光脉冲发射到光纤当中，光纤的另一端则依靠光敏原件检测脉冲以结束传输信息。现代光纤传输通信技术有以下特征：(1)通信信息传输容量大；(2)数据信息传输损耗低；(3)传输数据保密性强；(4)线路抗电磁干扰能力强。

无线电信息传输也是一种高效率的数据传输方式，该技术不受地域、时间和资源的限制，能够实现灵活组网、高速通信，同时能够防水、防电、防风，具备良好的稳定性和可靠性，无线电装置采取频谱扩散方式(SS方式)，因为其发送的频率频谱宽，故是一种很难受干扰波影响的通信方式。在海洋溢油污染监测方面可以得到广泛应用。目前常用的无线电传输技术包括WiMax技术、Wi-Fi技术、Bluetooth技术、ZigBee技术等，具体工作原理与优点如表2所示。

表2无线电传输技术工作原理与优点

氧是生物维持生命的基础，氧含量在海洋环境监测中有着极其重要的作用。光纤氧传感器具有检测精度高、不受外界电磁场干扰、使用安全、应用范围广等优点，目前光纤氧传感器大都基于荧光淬灭原理，即荧光染料分子(激发态)与氧分子碰撞产生荧光淬灭，可通过测量荧光指示剂荧光强度或者荧光寿命测出溶解氧浓度。用该传感器监测海洋溢油可满足现代海洋立体监测系统高技术、高效率、全覆盖、数字化和全球化等要求。当海洋产生溢油污染时，海面会有一层油膜，当油膜的厚度只要超过0.0001CM时就会妨碍大气中的氧进入水体中，阻止水与大气之间的氧气交换，导致海水中氧含量的减少。

发明内容

针对上述海洋溢油问题，本发明的目的在于提供一种在线油污监测装置，通过把监测到的数据转变成无线电信号传输到卫星雷达等接收设备，也可通过光纤进行信号传输，对海洋等水体的溢油情况进行精确快速、实时在线的监测并及时预警。主要方法是将超疏水吸油材料与光纤氧传感相结合去监测超疏水吸油材料中的溢油污染情况，即通过检测超疏水吸油材料中氧含量的变化来监测水体中的溢油情况。在此基础上，提出通过光纤氧传感器来准确、快速、实时在线监测超疏水吸油材料空隙中的氧含量，通过研究氧含量与超疏水吸油材料中的溢油情况，进一步设定海洋溢油情况预警值，及时检测到海洋溢油情况，从而对实际海洋溢油污染起指导作用。

本发明通过以下实验方案来进行：

一种在线油污监测装置，包括信号采集装置、信号传输装置和信号处理装置；所述的信号采集装置通过信号传输装置将信号传给信号处理装置；

所述的信号采集测装置由1个或多个光纤氧传感器和疏水吸油材料组成，所述光纤氧传感器的探头部分固定在所述疏水吸油材料中；所述的光纤氧传感器由传感器主体部分和探头部分可拆卸式连接；所述的传感器主体部分由内部中空的壳体及集成在所述壳体内的蓝光光源和红光光源、光源驱动、传导光纤、荧光接收板、红光滤光片、光电传感器件、信号采集卡、信号识别器及控制电路板组成；所述的探头部分由与所述的壳体相匹配的盖体及集成在所述盖体内可激发出荧光的氧敏感层构成；所述的盖体上设有通孔，所述的通孔处安装有可透过氧气的光学隔离层；所述的盖体内光学隔离层上自下而上依次安装有氧敏感层和透明载体片；

所述的LED光源与所述的光源驱动连接；

所述的壳体靠近盖体端设有开口，所述开口方向与所述的LED光源发射方向相同，构成LED光源发射光或反射光的通道，用于将发射光引导至所述的氧敏感层上；

所述的荧光接收板将所述的氧敏感层发出的荧光引导至所述的光电传感器件上，所述的光电传感器件的入光端设有红光滤光片，所述的光电传感器件与所述的传导光纤接收端连接；

所述的信号采集卡与所述的传导光纤的传导后端连接，所述的信号采集卡存储于所述的信号识别器中；

所述的光源驱动和光电传感器件、信号识别器分别与所述的控制电路板电连接；

所述的光纤氧传感器整体呈封闭结构；

所述的光纤氧传感器依次与所述的信号传输装置和信号处理装置连接。

本发明所述的LED光源优选为波长475nm的蓝光和600nm的红光，所述的蓝光可以激发所述的红光反射后通过光电传感器件转化为电信号作为参考信号，以消除环境因素造成的影响。

进一步，所述的疏水吸油材料可以是复合吸油棉片、多孔疏水吸油纤维、疏水吸油海绵或疏水吸油毛毡。

进一步，所述的传感器主体部分和探头部分可通过螺纹连接或卡扣连接。

进一步，所述的光学隔离层优选为聚硅酮，所述的氧敏感层优选为含有氧敏荧光指示剂三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌的氧敏荧光膜。

本发明所述的信号采集卡，用于实时采集各个被监测部位的情况，并存于信号识别器中实时备读。

本发明所述的信号识别器，用于在固定的时间周期巡检各信号采集卡，并读取信号采集卡内所存数据，经数据传输接口A/D转换，将各被监测部位状况数据传至控制电路板。

本发明所述的控制电路板用于信号采集以及信号转化，所述控制电路板的型号优选为MSP43f149的单机片，包括：控制单元模块、发射单元模块和数据处理模块，所述的控制单元模块连接发射单元模块和数据处理模块，用于控制发射单元模块和数据处理模块；所述的发射单元模块输入端连接控制单元模块，输出端连接光源驱动工作；所述的数据处理模块接收来自所述光电传感器件传输的反映荧光强度的电信号直接发出，或者将反映荧光强度的电信号通过信号转换器转化成无线数据发射出去。

进一步，所述的信号传输设为光纤电缆、USB数据线、无线收发机、微波发射器或卫星。

进一步，所述的信号处理装置为服务器计算机、微波接收器或数据处理器。

本发明所述的带有自动无线信号传输/接收的在线溢油污染监测装置的工作原理为蓝色LED光源和红色LED光源在控制电路板控制下由光源驱动发射蓝光和红光照射到含有氧敏荧光指示剂的氧敏荧光膜上，所述的含有氧敏荧光指示剂的氧敏荧光膜在蓝光的作用下发出荧光，荧光信号经反射被荧光接收板接收，再经过装有红光的滤光片的光电传感器转变为电信号，同时红色LED灯发出的红光经反射经过光电传感器转变为的电信号作为参考信号；信号经光电传感器件过滤后由传导纤维传至信息采集卡，并由信息识别器在固定的时间周期巡检各信号采集卡，读取卡内所存数据，经数据传输接口A/D转换，将各被监测部位状况数据传至控制电路板；到达控制电路板的信号请求，通过信号传输装置传至信号处理装置，根据荧光强度和溢油污染区域含氧量浓度的对应关系得出海水中石油污染的程度。

本发明所述信号传输装置可以通过无线信号进行传输，所述的传输原理为：将监测到的海水电压信号值通过压缩数字信号，去除信源冗余，引入适当冗余信息以对抗信道噪声和干扰，根据不同通信体制差异，调制方法各不相同，将编码的数字(0，1)序列变为数字(或模拟)基带信号，将基带信号调制到中频放大，中频信号再调制到射频段并放大通过天线辐射出去，让卫星可以接收。

本发明提供了一种基于上述在线油污监测装置的油污在线监测方法，所述的油污在线监测方法采用在线油污监测装置进行在线监测，所述油污在线监测方法包括以下步骤：

(1)在设定的温度下，将信号采集装置置于无油污污染的水体中，通过光纤氧传感器获得无油污污染情况下疏水吸油材料中的初始氧含量，记录此时对应的电压信号值V₀；

往无油污污染的水体中加入油污，在线监测疏水吸油材料中氧含量变化，绘制成电压信号值随时间变化曲线，随时间变化电压信号值趋于稳定，记录该稳定的电压信号值；改变加入的油污量，绘制电压信号值随时间变化曲线并记录稳定的电压信号值，当观察到稳定的电压信号值不再随着油污量的增加而增加时，意味着此时监测装置的油污吸附量已达饱和；存储该油污在不同用量条件下的电压信号值随时间变化曲线，这些曲线在吸附起始阶段具有相同的电压信号值上升斜率；

改变油污类别，按照上述方法，得到不同油污在不同用量条件下的电压信号值随时间变化曲线；不同油污在吸附起始阶段具有不同的电压信号值上升斜率；

(2)改变温度，按照步骤(1)的方法得到不同温度下不同油污在不同用量条件下的电压信号值随时间变化曲线；

(3)测定待测水体的温度，将同一信号采集装置置于待测水体中，在线监测疏水吸油材料中氧含量变化，绘制成电压信号值随时间变化曲线，待电压信号值稳定后，从该电压信号值与V₀的数值变化获知待测水体的油污污染情况，若电压信号值增大，则表示存在油污污染，根据该温度下吸附起始阶段的电压信号值上升斜率确定油污类别，再将待测水体的电压信号值随时间变化曲线与所确定的油污在该温度下不用用量条件下的电压信号值随时间变化曲线进行匹配，以确定油污含量。

本发明中，水体的类型、信号采集装置在水体中的位置对电压信号值的响应几乎没有影响。

本发明中，所述的油污污染来自于轻质原油、中质原油、中质原油、特重原油、石油醚、四氯化碳、汽油、合成机油等。

与现有的检测装置相比，本发明的优点在于：

1、本发明便于携带，简便实用，监测过程不需要复杂过程，几乎不用维护，使用成本低，适用于无人值守监测。

2、本发明封闭性能极好，在不同的恶劣环境下能继续正常工作，不受影响，且能把测得的电压信号直接转换成氧含量值，能直观看出氧含量变化趋势。

3、本发明不受场地影响，既可以手持式操作，现场观测得出结果，也可以通过远程通讯接口，将自动采集的数据转变为无线信号，实现远程实时监测。

4、本发明可广泛应用于海水、湖水等区域的石油污染事件的环境监测，成本低廉，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是基于疏水吸油材料的油污在线监测装备；

图2是光纤氧传感器的总体结构示意图；

图3是氧传感器的光纤探头具体示意图；

图4是氧传感器的光纤探头的俯视图；

图5是氧传感器的光纤主体结构示意图；

图6是氧传感器的光纤探头正面图；

图7是氧传感器的光纤探头背面图；

其中，1、壳体，2、荧光接收板，3、光源驱动，4、传导光纤，5、红光滤光片，6、蓝光滤光片，7、光电传感器件，8、信号采集卡，9、信号识别器，10、控制电路板，11、盖体，12、通孔，13、光学隔离层，14、氧敏感层，15、透明载体片，16、蓝色LED灯，17、红色LED灯，18、光纤氧传感器，19、疏水吸油材料，20、光纤电缆，21、服务器计算机；

图8是光纤氧传感器在线获得电压信号值的变化曲线图；

图9是光纤氧传感器的电压信号值随油污量的变化曲线；

图10是不同类别的油污的电压信号值随时间的变化曲线；

图11是不同种类的吸油材料对氧传感器电压信号值的影响；

图12是氧传感器的探头在吸油材料中的固定位置对于电压信号值的影响。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完全地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明将光纤氧传感器的探头固定在超疏水的复合吸油材料中，通过光纤氧传感器监测吸油材料中的氧含量变化，通过氧含量变化进一步反映溢油情况，从而实现在线油污实时监测并进行数据传输，从而进行数据分析，为后期溢油事故的处理方法提供依据。

实施例1：

一种在线油污监测装置见附图1所示，包括信号采集装置、光纤电缆20和服务器计算机21；所述的信号采集装置通过光纤电缆将信号传给服务器计算机；

所述的信号采集测装置由4个光纤氧传感器18和复合吸油棉片组成，所述光纤氧传感器18的探头部分固定在所述复合吸油棉片中；所述的光纤氧传感器18由传感器主体部分和探头部分通过螺纹连接；所述的光纤氧传感器18整体呈封闭结构；

所述的传感器主体由内部中空的壳体1及集成在所述壳体1内的蓝色LED灯16和红色LED17、光源驱动3、传导光纤4、红光滤光片5、蓝光滤光片6、光电传感器件7、信号采集卡8、信号识别器9及控制电路板10组成；所述的探头部分由与所述的壳体1相匹配的盖体11及集成在所述盖体11内可激发出荧光的含有氧敏荧光指示剂(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌的氧敏荧光膜构成；所述的盖体12上设有通孔，所述的通孔处安装有聚硅酮；所述的盖体12内聚硅酮上自下而上依次安装有含有氧敏荧光指示剂三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌的氧敏荧光膜和透明载体片15；

所述的蓝色LED灯16上设有蓝光滤光片可以发射出450nm的蓝光；

所述的蓝色LED灯16和红色LED灯17分别与所述的光源驱动3电连接；

所述的壳体1靠近盖体11端设有开口，所述开口方向与所述的LED光源发射方向相同，构成蓝色LED光源2发射蓝光和红色LED灯发射红光的通道，用于将发射光引导至所述的含有氧敏荧光指示剂的氧敏荧光膜上；

所述的荧光接收板5把所述的含有氧敏荧光指示剂的氧敏荧光膜发出的荧光引导至所述的光电传感器件7上，所述的光电传感器件7的入光端设有红光滤光片5，所述的光电传感器件7与所述的传导光纤4接收端连接；

所述的信号采集卡8与所述的传导光纤4的传导后端连接，所述的信号采集卡8存储于所述的信号识别器9中；

所述的光源驱动3和光电传感器件及信号识别器7分别与所述的控制电路板10电连接；

所述的控制电路板10负责荧光信号的采集、浓度计算、数据保存，是整个控制的核心，负责命令的发送、数据采集、数据处理以及通过光纤电缆与服务器计算机连接；所述的控制电路板采用MSP43f149单片机，包括：控制单元模块、发射单元模块、数据处理模块；所述的控制单元模块分别与发射单元模块、数据处理模块相连；所述的数据处理模块，接收来自所述光电传感器件传输的反映荧光强度的电信号所述的发射单元模块输入端连接控制单元模块，输出端连接光源驱动，用于控制LED光源的工作；所述的数据处理模块的输入端，用于接收光电传感器件产生的电信号，输出端通过光纤电缆与服务器计算机相连实现通信，数据处理模块根据收集的数据，判断海洋溢油污染情况。

工作时：蓝色LED光源和红色LED光源在控制电路板控制下由光源驱动发射蓝光和红光照射到含有氧敏荧光指示剂的氧敏荧光膜上，所述的含有氧敏荧光指示剂的氧敏荧光膜在蓝光的作用下发出荧光，荧光信号经反射被荧光接收板接收，再经过装有红光的滤光片的光电传感器转变为电信号，同时红色LED灯发出的红光经反射经过光电传感器转变为的电信号作为参考信号；信号经光电传感器件过滤后由传导纤维传至信息采集卡，并由信息识别器在固定的时间周期巡检各信号采集卡，读取卡内所存数据，经数据传输接口A/D转换，将各被监测部位状况数据传至控制电路板；到达控制电路板的信号请求，通过光纤传输电缆20传至服务器计算机21，根据荧光强度和溢油污染区域含氧量浓度的对应关系得出海水中石油污染的程度。

实施例2：

与实施例1不同的是，本实施例采用无线信号传输方式进行传输，信号传输装置包括监测海洋溢油污染环境的多个信息获取节点、用于转发数据包的网络传输模块、用于接收数据包的远程服务器模块以及用于储存数据的数据库模块。其中多个信息获取点通过Zigbee网与网络传输模块连接；所述网络传输模块通过GPRS网与远程服务器模块连接；所述远程服务器通过数据库访问接口与数据库连接。所述信息获取节点，用于实时监测海洋溢油污染情况，用过Zigbee网将数据包传输到网络传输模块；所述网络传输模块，用于转发数据包，通过互联网传输模块与远程服务器模块建立通信连接，将海洋溢油污染情况数据包发送到远程服务器模块上；所述远程服务模块，用于接收并分析来自网络传输模块的数据包，并将数据存储到数据库模块的对应表格中；所述数据库模块，用于存储关于海洋溢油污染程度的实时数据，包括电压信号。通过整个过程来实现海洋溢油污染在线实时监测。

实施例3：

本实施例传输方式为无线信号传输，通过控制电路板将得到的电信号转变成无线信号。其中一种无线信传输方式通过AD转换IC，将模拟信号转换为数字信号；通过电路板控制器，读取模/数转换IC的数据。传输给收发模块；收发模块接收到数据后，自动把数据通过无线电波向外发送。通过整个过程来实现海洋溢油污染在线实时监测。

实施例4：

本实施例传输方式为无线信号传输，通过光纤氧传感器获得海水中的电压信号值，通过控制电路板，将得到的电信号转变成无线信号。该信号传输方式需要远程电脑、路由器、连接头，远程电脑一侧设置路由器，路由器的作用主要是将接收的信号反馈到光纤氧光电传感器件，互联网宽带主要的作用是给路由器连上互联网，可以让不同的电子设备在很远的地方接收到光纤氧传感器发送的信号数据，实现远程监测人员的进行在线实时监测海洋溢油情况。

实施例5：

本实施例传输方式为无线信号传输，通过光纤氧传感器获得海水中的电压信号值，通过控制电路板，将得到的电信号转变成无线信号。这种无线信息传输方式是基于北斗导航无线传感器网络的监测方式，首先网络信息监测模块对光纤氧传感器进行监测，当光纤氧传感器出现电压信号值时，网络信号监测模块会将信息传达给处理器，接着再由处理器将接收到的信息传达给报警模块和无线网络模块，接着再由报警模块和无线网络模块信号分别传给扬声器和信号发射模块，接着扬声器进行报警提示，通讯设备会接收到信息提示，再由北斗卫星定位系统进行海洋溢油污染范围的定位，方便监测人员在第一时间发现海洋溢油污染的方位以及进行后续的污染处理工作。

实施例6：

本实施例传输方式为无线信号-传导光纤传输，通过光纤氧传感器获得海水中的电压信号值，通过控制电路板，将得到的电信号由传导光纤传输，并通过信号转换器将电信号转变成无线信号。该装置可以进行远程操控，工作人员通过控制面板上的控制按钮设置预定报警海面油污厚度并发送工作指令，工作指令以电信号的形式传递给控制电路板，控制电路板通过信息采集卡记录由海洋溢油污染情况及海面油污厚度而产生的电压信号值，并将测得的电压信号值以电信号的形式通过传导光纤传递给无线信号收发器，无线信号收发器将电信号转换为无线信号并向外界发送，远离光纤氧传感器的无线信号收发器接收到无线信号，将无线信号通过传导光纤传输到控制主机，控制器激发报警功能同时调用储存器中储存的报警声音片段，并将报警声音片段以电信号的形式通过传导光纤传递给扬声器播放，提醒监测人员海洋石油泄漏，同时控制器将海洋溢油的方位信息用电信号的形式通过传导光纤传递给显示屏方便监测人员在线实时监测海洋溢油情况。

实施例7：

本实施例传输方式为无线信号传输，通过光纤氧传感器获得海水中的电压信号值，通过控制电路板，将得到的电信号转变成无线信号。该方式有监测云台的参与，光纤氧传感器监测到不同的电压信号值，不同的电压信号值通过控制电路板中数据处理模块调理后，直接输出数字信号，监测云台接收到该数字信号并进行记录得到海洋溢油污染情况，并通过无线信号传输，将信号传输到远程监测人员处的显示屏上，由此实现对海洋溢油污染情况的在线实时监测。

实施例8：

本实施例传输方式为无线信号-云端处理平台传输，通过光纤氧传感器获得海水中的电压信号值，通过控制电路板，将得到的电信号转变成无线信号。该方式的无线传输模块耦接于独立监测模块，用于接收监测信号并输出无线信号无线信号可通过2G/3G/4G/NBIOT等方式将监测后的数据进行传输，传输到云端处理器平台上，并在云端处理器平台上作统一的处理。处理过后的数据信号通过云端处理器传送到远程控制中心，监测人员可以在线实时监测海洋溢油情况。

实施例9：

本实施例传输方式为无线信号传输，通过光纤氧传感器获得海水中的电压信号值，通过控制电路板，将得到的电信号转变成无线信号。该方式将采集到的电信号数据通过无线网关上传至数据处理服务器。信息采集卡用于采集石油污染电压信号值，控制电路板包括信号处理单元、中央处理器单元、供电单元以及通讯模块单元，光纤氧探头接收到的信号经信号处理单元传输至中央处理器单元，中央处理器将电压信号值转变成无线信号，中央处理器单元再经过通讯模块将无线信号经过无线网关由无线天线传输至数据处理器，最后数据处理器将无线信号发送到远程监测人员监测器上，实现在线的海洋溢油污染实时监测。

实施例10

采用实施例1的装置，在25℃下，取1000ml去离子水，将光纤氧传感器的探头固定在疏水的圆形复合吸油棉片(淘宝购买，购买链接为：

https://item.taobao.com/item.htm？ut_sk＝1.XD34xu/0bsEDAIers3cOsu4p_21380790_1561614669985.Copy.1&id＝537317434400&sourceType＝item&price＝124&suid＝1EB70A76-AABC-4D4A-9994-F3D4D497C9C2&un＝02157ead1f71b33e45426828bb998f85&share_crt_v＝1&sp_tk＝77+ldmlxNVk1dE9XdGbvv6U＝&cpp＝1&shareurl＝true&spm＝a313p.22.sk.1044503482240&short_name＝h.eg0EWFB&sm＝798fc8&tdsourcetag＝s_pcqq_aiomsg&app＝chrome，尺寸70*70*2mm)的中间，距其边缘各2cm，该信号采集装置在水面下1cm左右。随后在去离子水中加入20mL合成机油，模拟溢油事件，进行轻微摇晃，通过光纤氧传感器在线获得电压信号值并绘制成变化曲线，发现电压信号值在加入机油之后慢慢增加，产生信号响应，补充电压信号值从98078a.u增加到109613a.u，见附图8。这表明通过氧传感器检测疏水吸油材料中的氧含量的变化可实现海洋溢油事故中油污在线监测。

实施例11：

采用实施例1的装置，在25℃下，将35g氯化钠(NaCl)加入到1000mL水中，玻璃棒搅拌使其均匀溶解，得到模拟海水；将信号采集装置置于模拟海水中；再向模拟海水中加入20mL合成机油，模拟溢油事件，进行轻微晃荡，通过光纤氧传感器在线监测氧传感器的电压信号值变化并绘制成曲线。结果与实施例10相同，这表明改变水体的类型，对电压信号值的响应并没有影响。

实施例12：

采用实施例1的装置，在25℃下，将35g氯化钠(NaCl)加入到2000mL水中，玻璃棒搅拌使其均匀溶解，得到稀浓度的模拟海水；将信号采集装置置于西浓度的模拟海水中；再向模拟海水中加入20mL合成机油，模拟溢油事件，进行轻微晃荡，通过光纤氧传感器在线监测电压信号值并绘制曲线，结果与实施例10相同，发现降低氯化钠的含量对实验监测结果并没有影响。

实施例13：

实施例13与实施例11的方法相同，不同之处为加入的合成机油量为5mL，10mL，15mL分别通过光纤氧传感器在线监测电压信号值变化并绘制成曲线，待电压信号值稳定后记录该电压信号值，并绘制稳定的电压信号值与合成机油用量的关系图，如图9所示，结果发现所加入的合成机油量不同，光纤氧传感器稳定后的电压信号值不同，但是这些曲线在0-100s处的电压信号值上升斜率基本相同。

实施例14：

实施例14与实施例11的方法相同，不同之处为加入的油类物质为CCl₄、石油醚，汽油，对光纤氧传感器持续获得的电压信号值绘制成曲线，如图10所示，发现在50s处，电压信号的变化曲线随油污类别的不同就已经出现不同的变化趋势，这表明改变油的类型对测量的结果有明显影响，即本发明的监测方法可实现对油污类别的识别。

实施例15：

实施例15与实施例11的方法相同，不同之处为疏水吸油材料的种类不同，吸油材料为多孔超疏水吸油纤维(来自宁波材料所)和超疏水吸油海绵(来自浙江工业大学之江学院高分子材料与工程教研室)的监测结果如图11所示，结果发现所使用的吸油材料种类不同，所得到的氧传感器的电压信号值变化曲线不同，这表明本专利的监测方法可实现对不同种类的吸油材料的油污进行检测。

实施例16：

实施例16与实施例12的方法相同，不同之处为信号采集装置在水体中的位置不同，分别距水面1cm，2cm，3cm，4cm，5cm，所用吸油材料为圆形复合吸油棉片，面积约为100cm²：通过光纤氧传感器在线监测电压信号值绘制成曲线，如图12所示，结果发现信号采集装置在水体中的位置不同，所得到的氧传感器的电压信号值变化不大，这表明改变探测点的位置对氧信号值的响应几乎没有影响。

Claims (9)

1.一种在线油污监测装置，包括信号采集装置、信号传输装置和信号处理装置，所述的信号采集装置通过信号传输装置将信号传给信号处理装置，其特征在于：所述的信号采集测装置由1个或多个光纤氧传感器18和疏水吸油材料19组成，所述光纤氧传感器18的探头部分固定在所述疏水吸油材料19中；所述的光纤氧传感器18由传感器主体部分和探头部分可拆卸式连接；所述的传感器主体部分由内部中空的壳体1及集成在所述壳体1内的光源驱动3、与所述光源驱动3连接的蓝光光源和红光光源、传导光纤4、荧光接收板2、红色滤光片、光电传感器件7、信号采集卡8、信号识别器9及控制电路板10组成；所述的探头部分由与所述的壳体1相匹配的盖体11及集成在所述盖体11内可激发出荧光的氧敏感层14构成；所述的盖体11上设有通孔12，所述的通孔12处安装有可透过氧气的光学隔离层13；所述的盖体11内光学隔离层13上自下而上依次安装有氧敏感层14和透明载体片15；

所述的壳体1靠近盖体11端设有开口，所述开口方向与所述的LED光源发射方向相同，构成LED光源发射光或反射光的通道，用于将发射光引导至所述的氧敏感层14上；

所述的荧光接收板2位于所述的透明载体片15和光电传感器件7之间，将所述的氧敏感层14发出的荧光引导至所述的光电传感器件7上，所述的光电传感器件7的入光端设有红光滤光片5，所述的光电传感器件7与所述的传导光纤4接收端连接；

所述的信号采集卡8与所述的传导光纤4的传导后端连接，所述的信号采集卡8存储于所述的信号识别器9中；

所述的光源驱动3和光电传感器件7、信号识别器9分别与所述的控制电路板10电连接；

所述的光纤氧传感器18整体呈封闭结构；

所述的光纤氧传感器18依次与所述的信号传输装置和信号处理装置连接。

2.如权利要求1所述的在线油污监测装置，其特征在于：所述的疏水吸油材料19为复合吸油棉片、多孔疏水吸油纤维、疏水吸油海绵或疏水吸油毛毡。

3.如权利要求1所述的在线油污监测装置，其特征在于：所述的光源为波长475nm的蓝光和600nm的红光。

4.如权利要求1所述的在线油污监测装置，其特征在于：所述的传感器主体部分和探头部分可通过螺纹连接或卡扣连接。

5.如权利要求1所述的在线油污监测装置，其特征在于：所述的光学隔离层13为聚硅酮。

6.如权利要求1所述的在线油污监测装置，其特征在于：所述的氧敏感层14为含有氧敏荧光指示剂三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌的氧敏荧光膜。

7.如权利要求1所述的在线油污监测装置，其特征在于：所述控制电路板10为型号是MSP43f149的单机片，包括：控制单元模块、发射单元模块和数据处理模块，所述的控制单元模块连接发射单元模块和数据处理模块，用于控制发射单元模块和数据处理模块；所述的发射单元模块输入端连接控制单元模块，输出端连接光源驱动3工作；所述的数据处理模块接收来自所述光电传感器件7传输的反映荧光强度的电信号直接发出，或者将反映荧光强度的电信号通过信号转换器转化成无线数据发射出去。

8.如权利要求1所述的在线油污监测装置，其特征在于：所述的信号传输装置为光纤电缆、USB数据线、无线收发机、微波发射器或卫星。

9.如权利要求1或8所述的在线油污监测装置，其特征在于：所述的信号处理装置为服务器计算机、微波接收器或数据处理器。