CN218866100U - 一种溢油检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种溢油检测系统包括,复合主动脉冲激光单元，其用于产生并输出多波长激光源；所述复合主动脉冲激光单元包括复合波长激光器、第一反射镜、分束器、第二反射镜和棱镜；所述复合波长激光器激发出多波长激光源，所述多波长激光源入射所述第一反射镜，所述分束器将所述第一反射镜的出射光分为两路，一路出射光入射光学探测模块，另一路出射光入射第二反射镜，所述第二反射镜的出射光入射所述棱镜，所述棱镜的出射光投射至被探测物，所述被探测物反射荧光光源信号进入所述棱镜。本实用新型采用多波长激光源的设计，提高了探测污染物的准确性，实现了远距离、实时在线、全天候的海面溢油状况检测。

Description

一种溢油检测系统

技术领域

本实用新型涉及光电探测技术领域，具体涉及一种溢油检测系统，适用于实时在线的海洋及湖泊溢油污染物监测。

背景技术

地球水资源环境对生态系统和人类活动具有重要的意义，尤其是海洋环境。然而溢油带来的污染造成毁灭性的影响。被动和主动遥感传感器在提供关于溢油位置、移动和大小的关键信息方面发挥着重要作用。有助于规划应急对策，科学而合理的处置，以减少石油泄漏对生态系统和人类活动的影响。

激光诱导雷达探测是检测石油泄漏的最有效手段，具有高信噪比、远距离、实时在线等特点，不仅可以达到较高的光谱分辨率，而且整个探测系统还具有低成本及环境适应性强优点。

目前的激光诱导雷达探测系统，基于单一激光波长作为探测诱导激光的光源输入到探测系统，一次只能检测单一波长的信号，不能检测多个波长的信号，检测范围有限，得到的信息有限，从而导致检测的结果准确率不高。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型一种溢油检测系统，包括复合主动脉冲激光单元，其用于多波长激光源的产生及输出，采用多波长激光源的设计,将一波长光源拓扑成多波长,多波长作为激光光源输入到数据采集系统中，覆盖的波长比较宽，探测到的信息范围比较多，提高了探测污染物的准确性，实现了远距离、实时在线、全天候的海面溢油状况检测。

具体内容如下：

本实用新型提供了一种溢油检测系统包括:复合主动脉冲激光单元，其用于产生并输出多波长激光源；所述复合主动脉冲激光单元包括复合波长激光器、第一反射镜、分束器、第二反射镜和棱镜；所述复合波长激光器激发出多波长激光源，所述多波长激光源入射所述第一反射镜，所述分束器将所述第一反射镜的出射光分为两路，一路出射光入射光学探测模块，另一路出射光入射第二反射镜，所述第二反射镜的出射光入射所述棱镜，所述棱镜的出射光投射至被探测物，所述被探测物反射荧光光源信号进入所述棱镜。

作为本实用新型的进一步改进，所述光学探测模块与数据采集单元连接，所述光学探测模块用于将所述多波长激光源作为参考探测的激光源输入到数据采集单元。

作为本实用新型的进一步改进，所述复合波长激发器与数据采集单元连接，所述复合波长激发器用于将所述多波长激光源作为主动探测的激光源输入到数据采集单元。

作为本实用新型的进一步改进，其还包括牛顿望远镜单元，所述棱镜、牛顿望远镜单元沿所述荧光光源信号的传播方向依次设置，所述牛顿望远镜单元用于收集所述棱镜反射的所述荧光光源信号，所述牛顿望远镜单元包括牛顿望远镜主镜和牛顿望远镜次镜。

作为本实用新型的进一步改进，所述牛顿望远镜主镜和牛顿望远镜次镜的光轴均与所述棱镜的中心对齐。

作为本实用新型的进一步改进，其特征在于，其还包括单色器单元，所述单色器单元与所述牛顿望远镜单元连接，所述单色器单元用于将所述牛顿望远镜单元收集的所述荧光光源信号转化为荧光光谱信号，所述单色器单元包括：光学滤光器、单色器和步进控制模块。

作为本实用新型的进一步改进，所述牛顿望远镜次镜将收集到的所述荧光光源信号输出聚焦到所述单色器的入口狭。

作为本实用新型的进一步改进，所述步进控制模块与数据采集单元连接，所述步进控制模块将所述荧光光谱信号输入到所述数据采集单元中。

作为本实用新型的进一步改进，其还包括光电倍增探测单元，所述光电倍增探测单元同时与所述单色器单元、数据采集单元连接，其用于将所述荧光光谱信号转化为电信号，并将所述电信号输入所述数据采集单元。

作为本实用新型的进一步改进，所述光电倍增探测单元包括光电探测器、光电转化模块和电信号调理单元，所述光电探测器的输出端连接所述光电转化模块，所述光电转化模块的输出端连接所述电信号调理单元，所述电信号调理单元的输出端连接所述数据采集单元。

本实用新型的有益效果：

采用现在的实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，本实用新型一种溢油检测系统包括复合主动脉冲激光单元,其用于多波长激光源的产生及输出，该系统采用多波长激光源的设计,将一个波长光源拓扑成多个波长，形成激发多个波长的激光系统，通过分束器，将束在一起的多波长激光源光束分光为两束或多束激光光束，一部分进入光学探测模块，另一部分通过第二反射镜进入棱镜，棱镜将入射的激光源投射到被探测物，被探测物在激光源的激发下，反射荧光光源信号进入棱镜，牛顿望远镜单元收集被探测物所激发的荧光光源信号，从而覆盖的波长比较宽，探测到的信息范围比较多，提高了探测污染物的准确性，实现了远距离、实时在线、全天候的海面溢油状况检测。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例中溢油检测系统的结构图；

图2为如图1中所示溢油检测系统中光电倍增探测单元的结构框图。

图中标号说明：

1、复合波长激光器；2、第一反射镜；3、分束器；4、光学探测模块；5、牛顿望远镜；6、牛顿望远镜主镜；7、牛顿望远镜次镜；8、第二反射镜；9、棱镜；10、光学滤光器；11、单色器；12、步进控制模块；13、光电转化模块；14、高压偏置器；15、数据采集单元；16、被探测物；17、光电探测器；18、两级放大电路；19、信号滤波电路；20、复合主动脉冲激光单元；21、牛顿望远镜单元；22、单色器单元；23、光电倍增探测单元；24、电信号处理单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

本实用新型通过提供一种溢油检测系统，解决目前的激光诱导雷达探测系统，基于单一激光波长作为探测诱导激光的光源输入到溢油检测系统的问题。

本实施例中，为解决上述技术问题，采用多波长激光源的设计，实现了一波长激光源拓扑成多波长激光源，多波长激光源进入溢油检测系统探测到更多的溢油污染物信息。

参照图1所示，本实用新型提供了一种溢油检测系统，包括：复合主动脉冲激光单元20、牛顿望远镜单元21、单色器单元22，光电倍增探测单元23和数据采集单元15。

复合主动脉冲激光单元20包括复合波长激光器1、第一反射镜2、分束器3、第二反射镜8、光学探测模块4和棱镜9。复合主动脉冲激光单元20用于实现多路激光源的产生及输出。

本实施例中,复合波长激光器1将一波长激光源拓扑成三波长激光源,三波长激光源作为主动探测诱导激光源输入到数据采集单元15，分束器3用于将一束入射激光光束分成两束或者更多的可能不具有相同功率激光光束,用于能量平衡，将一部分激光源进入光学探测模块4，作为参考探测的激光源输入到数据采集单元15中，另一部分激光源通过第二反射8入射棱镜9，通过棱镜9投射到被探测物16，被探测物16表现出一个自征发射荧光光谱，被探测物16在激光源的激发下，反射荧光光源信号进入棱镜9，棱镜9的中心与牛顿望远镜主镜6和牛顿望远镜次镜7的光轴都对齐，牛顿望远镜单元21用于收集被探测物被激发的荧光光源信号。所述光学探测模块4是基于超快光学，激光脉冲在时域表现为极短，光的单脉冲时间比传统短，单脉冲时间至少在皮秒，在极短的时间内探测到激光源。

牛顿望远镜单元21，包括牛顿望远镜主镜6和牛顿望远镜次镜7，牛顿望远镜6和牛顿望远镜7的光轴都要与棱镜9的中心对齐，用于收集进入棱镜中的被探物被激发的荧光光源信号，牛顿望远镜单元21将收集到的荧光光源信号输出聚焦到机动单色器11的入口狭。

单色器单元22，包括光学滤光器10、单色器11和步进控制模块12。步进控制模块12与数据采集单元连接，其将荧光光谱信号输入到数据采集单元15中。单色器单元22与光电倍增探测单元23相连。单色器单元22用于实现被激发荧光光源的光学系统转化和预处理功能，将被激发的荧光光源信号转化为荧光光谱信号。

光电倍增探测单元23，包括光电探测器17、光电转化模块13和电信号调离单元24。电信号调离单元24包括两级放大电路18、信号滤波电路19和高压偏置器14。高压偏置器14用于为光电探测器17提供高性能高压偏置电源。光电探测器17的输出端连接光电转化模块13，光电转化模块13的输出端连接电信号调理单元24，电信号调理单元24的输出端连接数据采集单元15。光电倍增探测单元23同时与所述单色器单元22、数据采集单元15连接，其用于实现将荧光光谱信号转化为电信号,并将所述电信号输入所述数据采集单元15。

数据采集单元15用于负责整个系统的实时荧光光谱数据采集以及光谱数据的在线反演判定。

工作原理：

在本实施例中，一种基于溢油检测系统，复合波长激光器1采用了多波长激光源设计，采用Nd:YAG激光器，该系统选用一个波长为266nm的激发光源，单脉冲能量为10mJ的激光器，通过两块晶体激发出532nm、355nm和266nm的三个波长的激光源，复合波长激光器1激发出的激光源作为主动探测的激光源输入到数据采集系统15中，复合波长激光器1激发出的激光源入射第一反射镜2，通过分束器3将第一反射镜2的出射光分为两路，一路出射光入射光学探测模块4，其用于参考探测的激光源输入到数据采集单元15，另一路出射光入射第二反射镜8，第二反射镜8的出射光入射棱镜9，棱镜9的出射光投射至被探测物16。

棱镜9、牛顿望远镜单元21沿所述荧光光源信号的传播方向依次设置，牛顿望远镜单元21包括牛顿望远镜主镜6和牛顿望远镜次镜7，牛顿望远镜主镜6和牛顿望远镜次镜7的光轴均与棱镜9的中心对齐，牛顿望远镜单元21用于收集棱镜9反射的荧光光源信号，牛顿望远镜次镜7将收集到的荧光光源信号输出聚焦到单色器单元22中的单色器11的入口狭，单色器单元22包括光学滤光器10、单色器11和步进控制模块12，其用于将被激发的荧光光源信号转化为荧光光谱信号，单色器11与步进控制模块12相连，步进控制模块12将荧光光谱信号输入到所述数据采集单元15中，单色器11还与光电倍增探测单元23相连，光电倍增探测单元23实现将荧光光谱信号转化为电信号,并将电信号输入所述数据采集单元15；牛顿望远镜孔径为120mm,焦距470mm，单色器11的入口狭缝中FL/3.5和FL＝250mm光电倍增管电路上升时间为1ns，电路放大倍数为106，光电倍增管以模拟方式工作。

经测试，探测物为各种类型的成品油和原油，其均表现出一个自征发射荧光光谱，在266nm的激发下，从所有的成品油和原油中均能检测到强发射荧光信号，主成分分析是一种强大的数据分析技术，可用于溢油的识别和分类，其主成分分析是大众所知的公知常识。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种溢油检测系统，其特征在于:包括,

复合主动脉冲激光单元，其用于产生并输出多波长激光源；所述复合主动脉冲激光单元包括复合波长激光器、第一反射镜、分束器、第二反射镜和棱镜；

所述复合波长激光器激发出多波长激光源，所述多波长激光源入射所述第一反射镜，所述分束器将所述第一反射镜的出射光分为两路，一路出射光入射光学探测模块，另一路出射光入射第二反射镜，所述第二反射镜的出射光入射所述棱镜，所述棱镜的出射光投射至被探测物，所述被探测物反射荧光光源信号进入所述棱镜。

2.如权利要求1所述的一种溢油检测系统，其特征在于，所述光学探测模块与数据采集单元连接，所述光学探测模块用于将所述多波长激光源作为参考探测的激光源输入到数据采集单元。

3.如权利要求1所述的一种溢油检测系统，其特征在于，所述复合波长激发器与数据采集单元连接，所述复合波长激发器用于将所述多波长激光源作为主动探测的激光源输入到数据采集单元。

4.如权利要求1所述的一种溢油检测系统，其特征在于，其还包括牛顿望远镜单元，所述棱镜、牛顿望远镜单元沿所述荧光光源信号的传播方向依次设置，所述牛顿望远镜单元用于收集所述棱镜反射的所述荧光光源信号，所述牛顿望远镜单元包括牛顿望远镜主镜和牛顿望远镜次镜。

5.如权利要求4所述的一种溢油检测系统，其特征在于，所述牛顿望远镜主镜和牛顿望远镜次镜的光轴均与所述棱镜的中心对齐。

6.如权利要求4所述的一种溢油检测系统，其特征在于，其还包括单色器单元，所述单色器单元与所述牛顿望远镜单元连接，所述单色器单元用于将所述牛顿望远镜单元收集的所述荧光光源信号转化为荧光光谱信号，所述单色器单元包括：光学滤光器、单色器和步进控制模块。

7.如权利要求6所述的一种溢油检测系统，其特征在于，所述牛顿望远镜次镜将收集到的所述荧光光源信号输出聚焦到所述单色器的入口狭。

8.如权利要求6所述的一种溢油检测系统，其特征在于，所述步进控制模块与数据采集单元连接，所述步进控制模块将所述荧光光谱信号输入到所述数据采集单元中。

9.如权利要求6所述的一种溢油检测系统，其特征在于，其还包括光电倍增探测单元，所述光电倍增探测单元同时与所述单色器单元、数据采集单元连接，其用于将所述荧光光谱信号转化为电信号，并将所述电信号输入所述数据采集单元。

10.如权利要求9所述的一种溢油检测系统，其特征在于，所述光电倍增探测单元包括光电探测器、光电转化模块和电信号调理单元，所述光电探测器的输出端连接所述光电转化模块，所述光电转化模块的输出端连接所述电信号调理单元，所述电信号调理单元的输出端连接所述数据采集单元。

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