CN202486925U - 一种全自动水面浮油监测报警装置 - Google Patents

Abstract

一种全自动水面浮油监测报警装置，包括固定装置、保护装置和数据通讯控制系统；所述固定装置包括立柱，所述立柱固定连接于固定块上，所述轨道式横臂一端连接设置于立柱上的横向回转机构上，所述轨道式横臂的水平滑动电缆上还设置有水平行走机构和垂直升降机构，螺旋通讯电缆的一端连接水平行走机构和垂直升降机构构成的旋转机构上，螺旋通讯电缆的另一端连接有激光探测器，所述立柱上还设置有监测报警控制器和UPS电源箱；所述保护装置设置于固定装置的上方，极大地提高了监测设备的环境适应性，从而使野外条件下的溢油监控不再受安装环境、水位变化、人为破坏因素的影响，真正做到了全天候、自动化、无人值守、连续监测、远程监控、网络管理。

Description

一种全自动水面浮油监测报警装置

技术领域

本实用新型涉及环境监测领域，具体涉及一种全自动水面浮油监测报警装置，能早期预警、监测和防范。 

背景技术

近年来，各种溢油污染事件频发，对海洋环境和江河水体造成极大破坏，如何提高应对溢油污染事件的早期预警、监测能力，以便在事故初发的第一时间发现、判定并采取应急处置措施，从而将事故造成的污染控制在最小范围、损失降低到最小程度就成为摆在相关企业、环保组织和政府部门面前的当务之急。 

目前，人们对于各种突发性或渐进性的溢油污染事故还缺乏有效的早期预警监测能力。现有的监测手段大多停留在肉眼观察或借助人工取样后再进行仪器化验。这种被动监测方式显然不具备时效性，更不具备在可能发生溢油事故的第一现场或附近水域进行抵近监测、无人值守、远程监控的功能和作用。 

80年代以来，国际上先后出现了几种在线测量水中油的方法，如：基于油、水的物理、化学特性而采取的重量法、比浊法； 

基于水、油微波吸收率不同的微波-伽玛射线水中油测量法； 

基于油水混合物电导率随浓度不同而变化的电导测量法。 

这些基于油水物理特性的传感器，使用时易受其它杂质和周围环境的影响，因此应用于实际中时需要对测量值做较为繁复的补偿，限制于这类型传感器的发展与实际应用。 

进入90年代以来，随着光学技术的飞速发展，人们开始把光谱分析技术应用于水中油的实时在线测量，主要产品如： 

基于紫外吸收原理：美国Teledyne 6600-6610系列； 

基于近红外散射：德国DECKMA的OMD-7/24系列、日本HORIBA、美国BUCKSCIENHFIC和GrabnerInstruments； 

基于荧光光度法：法国AWA的CX1000-6000系列、加拿大AJY的MS-2410等。 

这些在线检测仪器相对于实验室分析仪器具有响应快速、精度高、实时性强等优点，因而更多地被应用于石油化工行业的工艺过程监测。但由于其采样、分析的工作方式都是通过管线接口或外置流通池方式使传感器直接接触测量介质(插入式、浸入式或流经方式)，显然不适合野外开放性水面的浮油监测。 

开放性水面浮油监测通常要面对以下苛刻的客观条件： 

1.野外环境下的风、雨、雷电、高低、温变化对设备的环境适应性要求； 

2.无人值守工作状态下的防盗、防破坏问题； 

3.受季节影响的水文条件(如汛期、枯水期巨大的水位变化、径流变化)对设备的影响； 

4.远程监控与通讯的问题。 

这些客观条件反应在内地河流、湖泊、水库方面，变化尤其明显，特别是在西北黄土高原地区的河流、沟谷，汛期时可能爆发山洪、泥石流，干旱少雨时又可能仅有涓涓细流，冬季还可能表面封冻。 

因此，现有的在线监测设备不管如何改变其采样方式也不可能完全满足于苛刻的野外环境。 

进入21世纪，西方国家针对开放性水域出现的浮油污染(如海洋钻井泄漏事故、油轮倾覆事故等)利用油、水不溶的特点和多环芳烃物质(某些溶解在水中的油份)具有的荧光特性，开发出荧光吸收 和荧光激发技术。 

如美国HACH公司的ENVIROFLU-HC水中油检测探头。这种探头结构紧凑、浸入式设计，可直接投放于水中，也可配置插入式附件将探头插入管道或容器进行连续监测。其技术指标—— 

激发波长：254nm；荧光发射波长：360nm； 

量程：0-5000ppb；精度：0.1ppb。 

输出：4-20mA模拟量输出 

这种高精度的荧光探头虽然也可用于地表水的含油监测，但对于水位落差较大、泥沙较多、漂浮物较多的内陆河来说并不适用，且很难避免洪水冲击或人为破坏。 

日本ASAHI公司利用激光反射原理，开发出一款LMD-2000镭射油膜检测器。这种技术是利用油、水不溶的特性，将探测器发射的一定波长的镭射光(激光)垂直照射在水面，当水面出现浮油时，由于油、水不溶会在水面形成一层油膜。油膜受到激光照射，会有较强的光反射回来，反射光被探测器内部的光感接收器接收，进而判断出水面是否出现浮油。这种镭射原理的探测器在工作时离水面的有效监测距离在30cm-3公尺，检测精度可到微米级。 

英国PPM公司基于此种原理也开发出自己的非接触检测水面浮油的产品OFD-1，OFD-1是一台测量水中浮油的报警器，采用一个脉冲激光测量水表面的反射光。当水中有油膜时，反射光的强度就增加，仪器内部光电检测器就检测出来，这个增强的反射光就转换成4-20mA输出和继电器触点的切换。OFD-1可应用于地表水监测、工业排污口监测、工业冷却用水的取水口、重要的饮用水源地取水口。 

典型安装方式： 

上述三种产品虽然利用了较为先进的光学技术进行水中浮油监 测，且都具有精度高、响应快的技术特点，但其工作方式、技术参数、安装条件同样有很大的局限性，如必须是定点安装不能移动、探测器离水面最大不超过1.5米，当水位出现较大变化时(落差大于1.5米以上)，探测器就可能无法工作。另外，此类设备同样不具备数据上传、远程监控的功能，更不具备野外工作的防雷、防盗功能。 

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种全自动水面浮油监测报警装置，可野外安装、能随水位变化自动升降、具有防雷、防盗功能、并且带有数据远程传输、可进行网络监控，以实现全天候工作、无人值守、实时监测、远程监控的目的，最大限度地满足野外环境下的工作条件，以便及时发现水中出现的浮油，做到早期预警、早期处置，减少污染造成的损失和影响。 

为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案为： 

一种全自动水面浮油监测报警装置，包括固定装置、保护装置和数据通讯控制系统； 

所述固定装置包括立柱1，所述立柱1固定连接于固定块18上，所述轨道式横臂2一端连接设置于立柱1上的横向回转机构3上，所述轨道式横臂2的水平滑动电缆16上还设置有水平行走机构4和垂直升降机构5，螺旋通讯电缆17的一端连接水平行走机构4和垂直升降机构5构成的旋转机构上，螺旋通讯电缆17的另一端连接有激光探测器6，所述立柱1上还设置有监测报警控制器14和UPS电源箱15； 

所述保护装置设置于固定装置的上方，所述声光语音报警装置8和LED应急照明灯9设置于保护装置的一侧，风向风速测定仪10和红外警戒探测器11设置于保护装置的另一侧，预放电避雷器12设置 于保护装置的中部，通过镀锌接地扁铁13与大地连接； 

所述数据通讯控制系统由监测报警控制器14、UPS电源箱15、水平滑动电缆16、螺旋通讯电缆17构成。 

所述轨道式横臂2的一端还设置有红外摄像机7。 

所述轨道式横臂2的形状为H型。 

所述激光探测器6包含激光浮油检测器和激光水位跟踪器。 

所述激光浮油检测器负责检测河流水面是否出现溢油污染，激光水位跟踪器负责跟踪监测河道水位变化。 

监测报警控制器14将监测、分析出的数据通过以太网信号依次和站控上位机、站控服务器和厂级信息中心及更高级别的数字化指挥系统平台连接。 

所述的站控上位机同时具备WINCC、OPC、WEB三种服务器的功能，既可现场操作、监控，又可远程传输，同时可以远程访问。 

该实用新型不但是一个全自动、智能化的现场设备，更具有了网络监控、数字化通讯的技术特点，是一套高度自动化、智能化、数字化的在线监测系统。 

本实用新型的有益效果是： 

1.以激光反射技术和信号放大技术制造的激光探测器可以对水面浮油进行非接触方式监测，其有效监测距离0.5-3.0米，突破了现有技术的局限(一般有效监测距离0.3-1米)；监测距离的变大带来的直接好处是可有效避免闲杂人员对处于悬吊工作状态的探测器进行随机性破坏； 

2.立柱悬臂式固定装置为激光探测器和运动控制机构、数据分析单元及智能保护单元提供了坚固可靠的工作载体，并通过电动升降、行走、回转装置实现了激光探测器的上下升降、水平行走、270 °回转。这一独有的运动功能使该实用新型具有了野外工作条件下的良好的适应性：其中，自动升降功能可有效避免探测器被水淹没，最大10米的升降高度可有效避免洪水的冲击；水平行走功能和270°回转功能还可适用于寻找、定位干旱季节河床内细小的水流。 

3.特有的激光水位跟踪技术可使激光探测器能自动跟踪水位变化，使激光探测器始终与水面保持设定的监测高度，既可保证探测器正常工作，又能避免水位上涨淹没和人为破坏； 

4.装置附带的高清、全景、红外网络摄像机不单为远程监控提供高清视频图像，还可在探测器或红外警戒装置发出报警信号时，供监控人员通过操作摄像机查看现场情况。这一特别设计的视频监控功能也是在水面浮油激光监测之外的一种辅助监测手段，同时可有效实现对现场设备的安全监控； 

5.特别设计的安全保护单元(风速测定、预放电避雷+防雷模块+避雷接地、360°红外警戒布防、声光语音警报、应急点亮)使该实用新型具有了野外工作条件下的全方位智能防护功能：防风、防雨、防雷、防盗。 

6.由于采用了PLC编程控制技术和网络通讯技术，使本实用新型在连续监测、数据处理、远程监控的同时具有了全自动运动控制、智能保护、数字化管理的先进功能。 

本实用新型具有了自动化、智能化、数字化的技术特征，极大地提高了监测设备的环境适应性，从而使野外条件下的溢油监控不再受安装环境、水位变化、人为破坏因素的影响，真正做到了全天候、自动化、无人值守、连续监测、远程监控、网络管理。 

附图说明

图1(a)是本实用新型的结构示意图，图1(b)是本实用新型 的局部放大图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。 

参照图1，一种全自动水面浮油监测报警装置，包括固定装置、保护装置和数据通讯控制系统； 

所述固定装置包括立柱1，所述立柱1固定连接于固定块18上，所述轨道式横臂2一端连接设置于立柱1上的横向回转机构3上，所述轨道式横臂2的水平滑动电缆16上还设置有水平行走机构4和垂直升降机构5，螺旋通讯电缆17的一端连接水平行走机构4和垂直升降机构5构成的旋转机构上，螺旋通讯电缆17的另一端连接有激光探测器6，所述立柱1上还设置有监测报警控制器14和UPS电源箱15； 

所述保护装置设置于固定装置的上方，所述声光语音报警装置8和LED应急照明灯9设置于保护装置的一侧，风向风速测定仪10和红外警戒探测器11设置于保护装置的另一侧，预放电避雷器12设置于保护装置的中部，通过镀锌接地扁铁13与大地连接； 

所述数据通讯控制系统由监测报警控制器14、UPS电源箱15、水平滑动电缆16、螺旋通讯电缆17构成。 

所述轨道式横臂2的一端还设置有红外摄像机7。 

所述轨道式横臂2的形状为H型。 

所述激光探测器6包含激光浮油检测器和激光水位跟踪器。 

所述激光浮油检测器负责检测河流水面是否出现溢油污染，激光水位跟踪器负责跟踪监测河道水位变化。 

监测报警控制器14将监测、分析出的数据通过以太网信号依次和站控上位机、站控服务器和厂级信息中心及更高级别的数字化指挥 系统平台连接。 

所述的站控上位机同时具备WINCC、OPC、WEB三种服务器的功能，既可现场操作、监控，又可远程传输，同时可以远程访问。 

参照图1水面浮油监测报警装置的立柱悬臂式钢结构1位于被监测敏感水域河流堤岸的混凝土预埋基础18上，通过钢结构底部的法兰与混凝土预埋基础13的地脚螺栓固定。 

激光探测器6垂直悬吊在位于H型轨道式横臂2上的水平行走机构4与垂直升降机构5上。 

水平行走机构4负责控制激光探测器6在H型轨道式横臂2上的横向移动，此设计主要是考虑到探测器可以根据水面离堤岸的距离远近，而进行一定距离移动，以使探测器发射的激光能垂直照射到水面。 

垂直升降机构5负责控制激光探测器6的升降控制，使得激光探测器6始终保持与水面设定的监测距离，以避免因水位变化而引起的监测数据异常或因洪水等因素造成的探测器冲毁损坏。 

横向回转机构3由回转电机驱动轨道式横臂2沿钢制立杆做270°旋转，此功能的设计主要用于设备初次安装或日后维修时方便操作。也可以在河面径流出现较大变化时使横臂转动一定角度来控制激光探测器去寻找水面。 

激光探测器6负责监测河流水面溢油及跟踪河流水位变化。溢油监测采用国际先进的激光反射技术进行非接触实时监测，激光水位跟踪功能是根据河流水位变化调整升降控制。 

这一非接触检测方式可以有效避免水位变化对探测器造成的影响 

声光语音报警装置8根据现场的意外情况进行语音喊话及声光警示报警。当有人员进入红外警戒探测器11布防的保护范围内时，安 装在钢制立杆顶部的声光语音报警装置8便会在瞬间高频爆闪，同时发出语音警告，并且在警告未果的情况下打开LED应急点亮灯9，同时启动红外摄像机7进行巡航扫描拍摄。为防止有人恶意破坏设备，激光探测器6在报警时会迅速升至安全高度，并在报警解除后自动恢复至设定的监测距离。 

风向风速测定仪10安装于钢制立杆顶部的水平支架上， 

用来实时监测现场环境的风速、风向。当风速过大影响探测器正常工作时，启动风扰保护功能，探测器将自动升起，当风力干扰消失后，探测器恢复正常监测。 

预放电避雷装置12安装于钢制立杆顶部，通过镀锌接地扁铁13与大地连接，避免雷雨天气对整套设备的雷电危害。 

监测报警控制器14通过水平滑动电缆16及螺旋通讯电缆17采集各种监测数据及控制各种执行机构动作指令等。 

它是本套装置的核心控制部件，所有自动跟踪、协同工作、逻辑控制、报警输出、数据通讯等都是经过控制器内部编程实现自动无人运行控制。 

UPS电源箱15配置不间断供电电源(UPS)为整套装置提供高质量可靠的工作电源，避免因市电异常而引起的设备故障。一旦失电系统将无缝切换至UPS供电系统，并上传市电异常报警信号至站控调度。 

激光探测器6以非接触的方式来监测水面上的浮油污染及跟踪水位变化情况。 

水面浮油探测器采用激光反射技术进行非接触实时监测，通过向水面垂直发射一定波长的脉冲激光，在没有油污污染的情况下，只会有非常少量的光会被水面反射回来，反射光通过探测器内部的凹面 镜将光束聚焦在固态检测器上。当水中有油时，由于油、水不溶的特点，油污会在水面形成油膜，这时的反射光会突然增加，此时位于探测器内部凹面镜焦点上的光电转换器会将这个增强的反射光信号转换成模拟的电信号并以数字方式显示在控制器的LCD屏幕上，这种模拟量信号再通过信号通讯电缆传输至监测报警控制器中。 

激光探测器6内安装了激光水位跟踪仪。根据设定的探测器距水面的距离，当水位出现较大变化时，激光测距仪便发送信号给安装在钢制立杆上的监测报警控制器14，监测报警控制器14按照设定的程序发送指令驱动安装在轨道式横臂2上的垂直升降机构5，并让传动钢丝绳将悬吊在水面上方的激光探测器6进行自动升降，当激光探测器6到达设定的监测高度后自动停止，以此来保证激光探测器6始终与水面保持一定的安全距离。 

这一设计是为了避免当河道水位出现巨大变化时(如暴雨导致的山洪爆发或因水库泄洪、蓄水导致的水位变化)可能会淹没或冲击到激光探测器6，造成设备故障损坏。 

水平行走机构4可以沿轨道式横臂2进行位移调整，以使探测器发射的激光垂直照射到水面，由于季节或水文条件的影响，黄土高原地区的河水径流在枯水期时更多地表现为细小的水流，而且会因河床的坎坷起伏表现的弯弯曲曲，有时在河道中间，有时会贴近堤岸。此时，站控或调度室操作人员可以根据径流距堤岸的远近，在后台上位机上操作进行水平位移调整。 

设备初次安装或日后维修时，可以通过横向回转机构3驱动轨道式横臂2横旋转至岸边，以便安装操作维护，也可以在水面径流出现较大变化时使悬臂横轨作出最大270°角度的左右转动，以此来操控激光探测器6去寻找水面。 

这种新型水面浮油监测报警装置，不仅完全具备无人职守、独立监测报警的高度智能化、自动化功能，而且所有监测数据、报警信号、视频信号都可以通过以太网或无线网桥实现实时上传至站控平台及厂级调度从而实现远程监控。站控平台的上位机安装专用的监控软件及数据库服务器，不但为站控或厂级调度中心的操作人员提供功能强大的操作平台，同时兼有OPC服务器和Web服务器功能，可以根据需要实现更远距离、更大范围的数据通信和不同级别的远程访问。 

由于设备安装在野外并且工作于无人职守状态，因此本套装置具备强大的自我安全保护功能，这些技术手段的运用可以有效的减少因人为或自然因素造成的设备故障。 

红外警戒探测器11安装于装置立杆顶部的支架上，具备主、被动红外和微波三技术防盗警戒功能，从安装的顶部连续不断发射锥形检测波，对装置所在区域进行360°全方位覆盖布防。一旦有人进入警戒区域(设定警戒区域30m²，可根据现场情况调整红外线照射角度和覆盖范围)触发一次报警时，在监测报警控制器14的集中逻辑编程控制下，安装在设备立杆顶部的声光语音报警装置8便会在瞬间高频爆闪，同时发出语音警告“危险设备，请勿靠近”；当入侵者继续靠近时，将触发二次语音警告“你已进入警戒区域，报警联动已启动，请马上离开”，同时LED应急照明灯9会被瞬间点亮，此时位于H型轨道式横臂2前端的红外摄像机7开始巡航拍摄，视频图像自动上传。站控平台的监控室人员即可利用摄像机对现场拍照或通知就近的站点工作人员，于此同时，为防止入侵者的恶意破坏，监测报警控制器14将自动发送提升指令，将悬吊的激光探测器6快速升至安全高度，报警解除后激光探测器将自动下降到设定的检测高度。 

风向风速测定仪10安装于装置立杆顶部的支架上，实时监测现 场风速、风向，并通过数据通讯电缆将数据信号传输至监测报警控制器14。当风速超限造成探测器大幅摇摆而影响正常工作时，监测报警控制器14会根据预先设定的警戒值启动风扰保护功能，并发送指令给垂直升降机构5控制激光探测器6将自动升起，脱离监测状态。当风力干扰消失后，激光探测器6自动恢复监测状态。 

为避免雷雨天气对设备造成的雷击危害，装置钢结构顶部安装了预放电避雷器12，当有雷电活动时，避雷器会通过镀锌接地扁铁，13将雷电导入大地，从而保护整套设备的安全可靠运行。 

Claims (4)

1.一种全自动水面浮油监测报警装置，其特征在于，包括固定装置、保护装置和数据通讯控制系统；

所述固定装置包括立柱(1)，所述立柱(1)固定连接于固定块(18)上，所述轨道式横臂(2)一端连接设置于立柱(1)上的横向回转机构(3)上，所述轨道式横臂(2)的水平滑动电缆(16)上还设置有水平行走机构(4)和垂直升降机构(5)，螺旋通讯电缆(17)的一端连接水平行走机构(4)和垂直升降机构(5)构成的旋转机构上，螺旋通讯电缆(17)的另一端连接有激光探测器(6)，所述立柱(1)上还设置有监测报警控制器(14)和UPS电源箱(15)；

所述保护装置设置于固定装置的上方，所述声光语音报警装置(8)和LED应急照明灯(9)设置于保护装置的一侧，风向风速测定仪(10)和红外警戒探测器(11)设置于保护装置的另一侧，预放电避雷器(12)设置于保护装置的中部，通过镀锌接地扁铁(13)与大地连接；

所述数据通讯控制系统由监测报警控制器(14)、UPS电源箱(15)、水平滑动电缆(16)和螺旋通讯电缆(17)构成。

2.根据权利要求1所述的一种全自动水面浮油监测报警装置，其特征在于，所述轨道式横臂(2)的一端还设置有红外摄像机(7)。

3.根据权利要求1所述的一种全自动水面浮油监测报警装置，其特征在于，所述轨道式横臂(2)的形状为H型。

4.根据权利要求1所述的一种全自动水面浮油监测报警装置，其特征在于，所述激光探测器(6)包含激光浮油检测器和激光水位跟踪器。

Images