NO329675B1 - Fremgangsmate og system for maling/detektering av kjemikaliesol - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen omhandler måling av kjemikaliesøl, så som oljesøl, ved bruk av en eller flere IR-lasere, nødvendig optikk og optiske sensorer. Målingen utføres ved at det emitterte lyset fra laseren(e) reflekteres fra kjemikalien og registreres av optiske sensorer. For å nøyaktig kunne påvise kjemikalien benytter systemet minst tre ulike bølgelengder som sendes ut fra en eller flere lasere. Bølgelengdene velges slik at refleksjonen fra kjemikalien er ulik for minst tre av disse, og at den kan skilles mot bakgrunnen.

Description

Fremgangsmåte og system for måling/detektering av kjemikaliesøl

Oppfinnelsen omhandler måling av kjemikaliesøl, så som oljesøl, ved bruk av en eller flere IR-lasere, nødvendig optikk og optiske sensorer. Målingen utføres ved at det emitterte lyset fra laseren(e) reflekteres fra kjemikalien og registreres av optiske sensorer. For å nøyaktig kunne påvise kjemikalien benytter systemet minst tre ulike bølgelengder som sendes ut fra en eller flere lasere. Bølgelengdene velges slik at refleksjonen fra kjemikalien er ulik for minst tre av disse, og at den kan skilles mot bakgrunnen. En kjemikalie som kan påvises er olje, der spesielt oljesøl på vann er mulig å skille fra vann uten oljesøl, fortrinnsvis innenfor bølgelengdeområdet 1-10 u.m.

Teknikken kan også brukes for å danne et romlig bilde av sølet og/eller dybdeinformasjon om søl ved å kartlegge et bilde av tilbakereflektert lys i en eller to akser, og/eller bevege laseren innenfor det samme området.

I forbindelse med vann i bevegelse, vil teknikken kunne brukes for å se speilende refleksjoner, og/eller diffuse refleksjoner fra overflaten av vannet. Man kan således benytte den i et varslingssystem for kjemikalie og/eller oljesøl på vann. Samme fremgangsmåte vil egne seg til å oppdage kjemikalie og/eller oljesøl på land.

Oppfinnelsen gjelder følgelig en fremgangsmåte i samsvar med i innledningen til patentkrav 1 og et system for gjennomføring av fremgangsmåten i samsvar med innledningen til patentkrav 14.

Bakgrunn

Det benyttes i dag ulike metoder for å detektere og måle olje, bl.a. radarmåling og avgassmåling fra sølet. En av applikasjonene for dette er overvåkning av oljelossing der det er viktig å oppdage eventuelle lekkasjer på et tidlig tidspunkt. Utstyr som i dag benyttes til dette har ofte svakheter ved at de ikke er presise nok i de aktuelle miljøene. Bl.a. foregår mye oljelossing på skip, og ofte i værsituasjoner som er en utfordring. I praksis gir dagens utstyr mange falske alarmer som gjør at operatørene ofte slår av måleutstyret, og med påfølgende risiko for store utslipp.

US2009039255A beskriver en oppfinnelse for deteksjon av oljesøl ved bruk av en optisk metode. US2009039255A tar utgangspunkt i at man under visse omstendigheter har termisk og atmosfærisk infrarød stråling. Den reflekterte bakgrunnen og den termiske emisjonen fra oljesølet er tenkt å være kilde for det infrarøde lyset og man skal se forskjell på vann og vann med olje ved å fange opp dette lyset. US2009039255A baserer seg således at det er en viss mengde infrarødt lys tilgjengelig fra omgivelsene, og vil i praksis få problemer når dette ikke er tilfelle.

Fra US2007210262A er det kjent et apparat for å måle hydrokarboner som olje, drivstoff og lignende. Det benyttes en høyeffekt lampelignende lyskilde som må filtreres for å fjerne uønskede bølgelengder fra lyset. US2007210262A har den ulempen at den ikke mulighet til å sveipe bølge-lengden, og må således basere seg på et fast bølgelengdebånd.

US2007102333A beskriver en metode for å optisk detektere oljesøl på en overflate ved bruk av to bølgelengder fra et optisk "ekko". Metoden beskriver ingen lyskilde, men at det optiske "ekko" skal komme fra optisk stråling fra det målte området. Termisk stråling kan være slik stråling, og "ekko" kan være fra termisk stråling som spres av oljesøl på vannet.

I US2004257264A er de beskrevet et system som måler oljesøl ved bruk av radar i mikrobølge-båndet (over 30 cm bølgelengde, ref. International Electrotechnical Commission). US2004257264A beskriver også bølgelengde til kilden som et mikrobølge-radiometer.

US2003072004A beskriver en metode for å måle oljesøl ved å måle interferens mønster fra olje-dråper på en overflate. Metoden er således ikke egnet for å måle oljefilmer, men kun for tilfeller der oljen er som enkeltdråper. Metoden i US2003072004A vil ikke kunne skille mellom ulike kjemiske objekter, og runde objekter av andre materialer vil også kunne spre lyset på lignende måte.

US20041300713A beskriver en metode som benytter atmosfærisk refleksjon for å måle innhold av en kjemikalie i vann. Det beskrives en metode basert på absorpsjon av vannet, som derfor betyr at det benyttes optisk stråling som passerer en viss lengde igjennom vann før det reflekteres tilbake til instrumentet.

I US5296711A beskrives en metode for å måle oljesøl på vann ved bruk av ultrafiolett laserlys. Metoden er basert på Råman måling av tilbakespredt lys for å finne kjemisk informasjon.

Fra US5281826A, US3899213A, US3806727A og GB2129125A1 er det kjent fluorosens baserte systemer for å måle søl av væsker med fluorosens egenskaper, noe som gjør dem avhengige av fluorosens fra en kjemikalie for å kunne gi målinger.

US4517458A beskriver en metode for å måle hydrokarbonsøl der man analyserer aerosoler i luften over dette ved bruk av en laser. Metoden er således basert på gassabsorpsjon.

Fra US3783284A er det kjent et system for deteksjon av petroleumsprodukter i et område med vann. Det benyttes en bredbåndet optisk kilde (lampe eller varmeelement) med to faste optiske filtre, noe som medfører at det kun kan måles ved to bølgelengder, noe som medfører redusert mengde data og et dårlig signal/støy-nivå.

JP 10213541 A og JP 10090177 A beskriver anordninger og fremgangsmåter for optisk-basert deteksjon av oljeflak på bølgete vannoverflater, hvor lyskildene omfatter lysdioder.

Formål

Formålet med oppfinnelsen er å skape en ny fremgangsmåte og et system for å måle og detektere kjemikalier, så som olje, fra en gitt avstand med infrarødt lys. Fremgangsmåten egner seg for å se kjemikaliesøl, så som oljesøl, på sjø, land eller faste installasjoner. Det er også et formål med oppfinnelsen å gi en løsning som utbedrer ulempene ved kjent teknikk og som gir et mer nøyaktig resultat enn tidligere kjente løsninger.

Oppfinnelsen

En fremgangsmåte i samsvar med oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1. Fordelaktige trekk ved fremgangsmåten er gitt i patentkrav 2-13.

Et system i samsvar med oppfinnelsen angitt i patentkrav 14. Fordelaktige trekk ved systemet er gitt i patentkrav 15-29.

Den foreliggende oppfinnelsen fremviser et system som direkte måler kjemikalier og/eller olje ved å se på tilbakereflektert infrarødt lys på tre eller flere bølgelengder. Systemet benytter enten en eller flere sveipbar(e) laser(e) eller flere enkeltlasere, fortrinnsvis i det infrarøde området 1-10 u.m. Strålingen fra laseren benyttes til å måle en eller flere kjemikalier, der responsen er gitt av hvilke bølgelengder den aktuelle kjemikalien reflekterer eller absorberer. Denne responsen vil være ulik fra kjemikalie til kjemikalie, slik at systemet sammenligner de ulike målepunktene med et referansebibliotek for å gjenkjenne den aktuelle kjemikalien. Man får således et system som kun gir positivt utslag på en kjemikalie hvis denne er fysisk tilstede på overflaten som reflekteres.

Systemet kan sammenligne refleksjonen fra overflaten/kjemikalien med tidligere innsamlede data for å se på endringer i refleksjon. Detteøker nøyaktigheten på systemet ved at det er i stand til å se små forskjeller i refleksjonen fra en overflate.

Til sammenligning benytter et radarbasert varslingssystem for kjemikaliesøl, så som oljesøl, tilbakereflekterte radiobølger fra vann. Refleksjonen i radiobølger endres som et resultat av at bølgene i vannet endrer karakteristikk. Et slikt system ser på makroskopiske endringer ved vannets overflate, til forskjell fra det foreliggende systemet som ser på endringer i refleksjonen til selve væsken (vann, kjemikalie eller olje) på bakgrunn av absorpsjon fra de kjemiske bindingene i de ulike væskene. Et radarbasert system vil ikke kunne se dette da bølgelengdene overstiger det som skal til for å eksitere kjemiske bindinger.

For å lage et laserbasert system for fjernmåling og deteksjon av kjemikalier, så som olje, innhenter man spektral informasjon fra flere bølgelengder ved enten å avstemme en infrarød laser og/eller benytte flere faste eller avstembare infrarøde lasere. Formålet er å få den mengden datapunkter som må til for å gjenkjenne den aktuelle kjemikalien.

Laseren fokuseres eller kollimeres, og sendes så mot det/de punktet/ene eller området/ene som man ønsker å undersøke. Overflaten som treffes av laserlyset vil sende ut speilreflektert og diffust reflektert lys, der noe av dette sendes mot en mottaker. Mottakeren kan være utstyrt med en eller flere linser og/eller speil for å øke signalmengden som mottakeren registrerer. Systemet kan ha litt ulike oppsett for å registrere dette reflekterte lyset: 1. Laseren(e) og mottakeren sitter nær hverandre slik at systemet registrerer lys som reflekteres rett tilbake eller nær dette. 2. Laseren(e) og mottakeren(e) sitter på ulike steder. Lys som reflekteres fra overflaten vil kunne treffe en eller flere av mottakeren(e). 3. Det optiske systemet er opplinjert med en strålesplitter slik at laserlys ut og det målte lyset inn følger samme vei, men i motsatt retning.

De ulike løsningene kan være implementert slik at laser og/eller mottaker kan beveges for å fokusere, sende eller innhente lys innenfor et område.

En fremgangsmåte for måling/detektering av kjemikaliesøl, så som oljesøl, i et definert område i nærheten av et objekt på land, til havs eller i luften, kan oppsummeres i følgende trinn: a) avstemming av bølgelengden til en avstembar laser ved hjelp av elektrisk og/eller termisk styring og/eller benytte flere faste eller avstembare lasere,

b) belysning av det definerte området som skal undersøkes,

c) måling og registrering av speilreflektert og diffust lyssignal fra overflaten i det definerte

området ved hjelp av en mottaker,

d) innsamling og lagring av målinger i en kontrollenhet,

e) analysere målingene ved hjelp av en kontrollenhet eller en ekstern enhet,

f) påvise kjemikalie ved hjelp av et eller flere referansebibliotek eller algoritmer innrettet i

kontrollenheten eller den eksterne enheten.

Fremgangsmåten kan videre omfatte dannelse av et romlig bilde av kjemikaliesølet og/eller dybdeinformasjon om kjemikaliesøl ved å kartlegge et bilde av tilbakereflektert lys i en eller to akser, og/eller bevege den avstembare laserkilden innenfor det samme området.

Resultater fra fremgangsmåten kan videre benyttes i et varslingssystem for kjemikalier og/eller oljesøl i det definerte området, til havs eller på land.

Fremgangsmåten kan benyttes av objekter som beveger seg til havs, på land eller i luften.

Den foreliggende oppfinnelsen skiller seg fra US2009039255A ved at det i US2009039255A ikke benyttes en laserkilde, men tar utgangspunkt i at man under visse omstendigheter har termisk og atmosfærisk infrarød stråling. Den reflekterte bakgrunnen og den termiske emisjonen fra oljesølet er tenkt å være kilde for det infrarøde lyset og man skal se forskjell på vann og vann med olje ved å fange opp dette lyset. US2009039255A baserer seg således at det er en viss mengde infrarødt lys tilgjengelig fra omgivelsene, og vil i praksis få problemer når dette ikke er tilfelle. Den foreliggende oppfinnelsen trenger ingen slik termisk bakgrunn, og kan således fungere uavhengig av om omgivelsene avgir mye eller lite termisk eller atmosfærisk stråling. Ettersom signalnivået fra refleksjon også er påvist å være lavt, vil man for det foreliggende systemet kunne øke signal/støy-forholdet ved å øke styrken på laseren (mengde laserlys), samt pulsfiltreringavdette laserlyset. Den foreliggende oppfinnelsen er således mer robust enn US2009039255A.

Den foreliggende oppfinnelsen skiller seg fra US2007210262A ved at det i US2007210262A benyttes en høy effekt lampelignende lyskilde som må filtreres for å fjerne uønskede bølgelengder fra lyset. Den foreliggende oppfinnelsen benytter ingen slike optiske filtre da en laserkilde kun sender ut en gitt bølgelengde. I den foreliggende oppfinnelsen sveipes laseren(e) i bølgelengde for å øke mengden innsamlede data. US2007210262A har ikke mulighet til å sveipe bølgelengden, og må således basere seg på et fast bølgelengdebånd. Da signal/støy-nivået er lavt, er det viktig å øke mengden datapunkter fra målingen. Dette gjøres i den foreliggende oppfinnelse ved å sveipe laseren(e) over mange bølgelengder og ta opp data fra hver bølgelengde, noe som gjør nøyaktigheten i den foreliggende oppfinnelsen bedre enn for systemet beskrevet i US2007210262A.

Den foreliggende oppfinnelsen skiller seg fra US2007102333A ved at fremgangsmåten i US2007102333A ikke beskriver noen lyskilde, men at det optiske "ekko" skal komme fra optisk stråling fra det målte området. Termisk stråling kan være slik stråling, og "ekko" kan være fra termisk stråling som spres av oljesøl på vannet. Den foreliggende oppfinnelsen skiller seg ved at den målte optiske strålingen ikke kommer fra kjemikalien, men er tilbakereflektert laserlys igjennom spe il refleksjon eller diffus refleksjon. I den foreliggende oppfinnelsen benyttes det også mer enn to bølgelengder da man sveiper laseren for å øke mengden data, noe som ikke er gjenstand for oppfinnelsen i US2007102333A.

Den foreliggende oppfinnelsen skiller seg fra US20041300713A det i den foreliggende oppfinnelsen benyttes en laserkilde for lyset og ikke bruker atmosfærisk stråling. Fremgangsmåten i den foreliggende oppfinnelsen er også basert på å se på forskjell i refleksjon fra en oljehinne som legger seg oppå vann, og ikke på en løst kjemikalie i vannet, spesielt ved at den foreliggende oppfinnelse benytter optisk stråling i området 1 u.m til 10 u.m som kun går noen millimeter i vann, og derfor ikke er egnet for å måle vannabsorpsjon.

Den foreliggende oppfinnelsen skiller seg fra US3783284A ved at det i US3783284A benyttes en bredbåndet optisk kilde (lampe eller varmeelement) med to faste optiske filtre, mens det i den foreliggende oppfinnelsen benyttes en laser som kan endre bølgelengde. US3783284A måler derfor ved kun to bølgelengder, mens den foreliggende oppfinnelsen benytter tre eller flere bølgelengder for å øke mengden innsamlede data og forbedre signal/støy-nivå.

Det er derfor klart at den foreliggende oppfinnelsen oppviser bedre nøyaktighet/pålitelighet enn eksisterende systemer gjennom økt mengde innsamlede data og et forbedret signal/støy-forhold.

Ytterligere fordelaktige trekk og utforminger ved oppfinnelsen vil gå frem av den etterfølgende eksempelbeskrivelsen.

Eksempel

Oppfinnelsen vil nå bli detaljert beskrevet med henvisning til de vedlagte Figurene, hvor

Fig. 1 viser bruk av et målesystem i samsvar med oppfinnelsen anordnet på et objekt i sjø,

Fig. 2 viser et eksempel på infrarød lysrefleksjon av olje på vann,

Fig. 3 viser en skisse av et målesystem i samsvar med oppfinnelsen for deteksjon av olje og/eller kjemikalier på sjø,

Fig. 4 viser en alternativ utførelse av systemet gitt i Figur 3,

Fig. 5 viser en annen alternativ utførelse av systemet gitt i Figur 3,

Fig. 6 viser en alternativ utførelse av systemet gitt i Figur 4,

Fig. 7 viser en alternativ løsning til oppsettet vist i Figur 1 ved bruk av ulike systemutførelser, slik som vist i Figur 4, 5 eller 6,

Fig. 8 viser en alternativ utførelse av en lysmåler i systemene gitt i Figur 3-6 eller 10,

Fig. 9 viser en alternativ løsning til oppsettet slik som vist i Figur 1 og 7,

Fig. 10 viser en alternativ utførelse av systemet i Figur 3-6,

Fig. 11 viser en alternativ utførelse for kollimering av laseren for systemene i Figur 3-6 og 10,

Fig. 12 viser en alternativ utførelse for kollimering av laseren som vist i Figur 11,

Fig. 13 viser en alternativ utførelse til systemer og utforminger i Figur 1-12,

Fig. 14 viser en alternativ utførelse for utforminger av roterende vindu i Figur 13, og

Fig. 15 viser en alternativ løsning til oppsettet slik som vist i Figur 7 ved bruk av vippbar laser i en eller flere akser.

Henviser nå til Figur 1 som viser bruksprinsippet for et system 10 i samsvar med oppfinnelsen, anordnet på et objekt 100, så som et flytende fartøy i en sjø 101. Systemet 10 er innrettet for å sende ut en eller flere laserstråler 14 (heltrukken linje) som reflekteres 15 (stiplet linje) fra olje og/eller kjemikalier på sjøen 101 tilbake til systemet 10 for måling og registrering. Systemet 10 er i utgangspunktet ikke innrettet for å registrere lys som reflekteres eller spres i andre retninger 102.

Figur 2 viser et eksempel på infrarød lysrefleksjon fra olje på vann, vist som % lysrefleksjon fra vann uten olje som referanse (100 %). Man ser at det oppstår tre tydelige avtrykk som kan gjenkjennes:

1) økt refleksjon til >150 % ved bølgelengder på 1,4-1,7 u.m.

2) redusert refleksjon i området 1,7-1,8 u.m.

3) økt refleksjon til 110-130 % i området 1,9-2,2 u.m.

Henviser nå til Figur 3 som viser en skisse av et system 10 i samsvar med oppfinnelsen for måling/detektering av olje og/eller kjemikalier på sjø 101, samt gjenkjenning av kjemikalietype. Systemet 10 omfatter en elektronisk kontrollenhet 11 som styrer en sveipbar laser 12. Laserlyset benytter eventuelt kollimerende optikk 13 for å lage en kollimert laserstråle 14 som går ut av systemet. Det reflekterte lyset 15 som kommer tilbake til systemet fanges opp av fokuserende optikk 16 som fokuserer lyset ned på en mottaker i form av en lysmåler 17. Signalet fra lysmåleren 17 overføres til den elektroniske kontrollenheten 11 som behandler målingene og registrerer resultater, samt utfører gjenkjenning av kjemikalietype. For gjenkjenning av kjemikalietype er kontrollenheten 11 forsynt med et eller flere referansebibliotek og/eller algoritmer for dette. Resultatet sendes eventuelt til et eksternt panel eller overvåkingsutstyr 18 som utfører gjenkjenning og lagring/logging, samt varsling av kjemikaliesøl.

Figur 4 viser en alternativ utførelse av systemet 10 gitt i Figur 3. Fokuserende optikk 16 i Figur 3 har blitt erstattet med et optisk vindu eller filter 16a og justerbar fokuserende optikk 16b. Den optiske lysmåleren 17 mottar lyset for ulike posisjoner av den fokuserbare optikken 16b, som dermed kommer fra ulike inngangsvinkler for innkommende lys 15a og 15b. Om nødvendig vil lysmåleren 17 være anordnet til å flyttes med fokalpunktet til optikken 16a og 16b. Fordelen med denne utførelsen over utførelsen i Figur 3 er at man oppnår å se refleksjon fra ulike avstander fra systemet, avhengig av vinkelen på den fokuserende optikken 16b.

Henviser nå til Figur 5 som viser en alternativ utførelse av systemet 10 gitt i Figur 3. Fokuserende optikk 16 mottar reflektert laserlys, men den optiske lysmåleren 17 er erstattet av en rekke (1-dimensjonal) 17a eller et grid (2-dimensjonal) 17b med optiske lysmålere, slik at lys som kommer inn i andre vinkler 15b enn det lyset 15a som ble målt i Figur 3 også registreres. Fordelen med denne utførelsen over utførelsen i Figur 3 er at man oppnår å se refleksjon fra ulike avstander fra systemet, avhengig av vinkelen på det innfallende lyset 15a, 15b. Figur 6 viser en alternativ utførelse av systemet 10 gitt i Figur 4. Den optiske lysmåleren 17 i 25 Figur 4 er erstattet med en rekke lysmålere (1-dimensjonal) 17a, 17b, osv. Den fokuserbare optikken 16b kan justeres langs en akse slik som i Figur 4, men vil i tillegg kunne måle lys langs en akse normalt på denne. I figuren vises det hvordan lys fra ulike innfallsvinkler 15c for en gitt posisjon av den fokuserbare optikken 16b, vil fokuseres på ulike lysmålere 17a, 17b osv. Ved å benytte både justerbar optikk 16b og flere lysmålere 17a, 17b, osv., kan således reflektert lys med innfallsvinkler langs to akser måles. Fordelen med denne løsningen over Figur 4 er at unøyaktigheter i den optiske opplinjeringen av systemet kan korrigeres ved å maksimalisere tilbakereflektert signal.

Henviser nå til Figur 7 som viser en alternativ løsning til oppsettet slik som vist i Figur 1 ved bruk av ulike systemutførelser 10, slik som vist i Figur 4, 5 eller 6. Figuren viser en situasjon der ulik bølgehøyde 20 og 21 påvirker hvor langt unna systemet refleksjonen kommer fra. Dette gir igjen ulik reflektert innfallsvinkelen på lyset. De alternative utførelsene i Figur 4, 5 og 6 vil således oftere fange opp reflekser enn et system som kun fokuserer på ett punkt.

Figur 8 viser en alternativ utførelse av en mottaker, dvs. lysmåler 17, i systemene 10 gitt i Figur 3-6 eller 10. For å redusere støyen og øke signal/støy-forhold benyttes en eller flere aperturer 30, 31 eller 32 foran lysmåleren 17. Aperturen 30-32 bør justeres slik at kun lys fra området der laseren 12 kan treffe, bidrar til det målte lyset. Fordelen med denne løsningen over Figur 4 og 5 er at unøyaktigheter i den optiske opplinjeringen av systemet kan korrigeres ved å maksimalisere tilbakereflektert signal. Fordelen med denne løsningen over Figur 4-6 er at man kan begrense det lyset som treffer detektoren fra andre kilder for å øke signal/støy-forhold.

Henviser nå til Figur 9 som viser en alternativ løsning til oppsettet slik som vist i Figur 1 og 7 ved at laser 12 og mottaker 17, dvs. lysmåler, plasseres i to ulike innkapslinger. De ulike system-utførelsene i Figur 3-6 kan alle deles slik at laser 12 og mottaker 17, dvs. lysmåler, står separat hvis de er koblet sammen elektronisk. Lysmåleren 17 må fremdeles plasseres slik at den kan observere tilbakereflektert laserlys fra ulike bølgehøyder 20 og 21.

Figur 10 viser en alternativ utførelse av systemet i Figur 3-6. På samme måte som for de andre

løsningene har systemet 10 en elektronisk kontrollenhet 11 som styrer en sveipbar laser 12. Laserlyset 14 benytter eventuelt kollimerende optikk 13 for å lage en kollimert laserstråle som går ut av målesystemet 10.1 motsetning til de andre løsningene blir det reflekterte lyset 15 fanget opp av et fokuserende speil 40, slik at det treffer mottakeren 17, dvs. lysmåleren. Ulike alternative utførelser av mottakeren 17, dvs. lysmåleren, som gitt i Figur 8 kan eventuelt benyttes for å øke signal/støy-forholdet. Løsninger der lysmåleren 17 er erstattet av en rekke (1-dimensjonal) eller et grid (2-dimensjonal) med optiske lysmålere 17a, 17b vil kunne anvendes på samme måte som gitt i Figur 5. Andre løsninger der den fokuserende optikken 40 erstattes med justerbar fokuserende optikk 16a, 16b vil fungere på samme vis som eksemplene i Figur 4 og 6. Fordelene med denne løsningen over løsningene i Figur 3-8 er at speil gir mindre absorpsjonstap enn linser, og at man derfor taper mindre lys.

Figur 11 viser en alternativ utførelse for kollimering av laseren 12 for målesystemene 10 gitt i Figur 3-6 og 10. Den sveipbare laseren 12 kollimeres ved hjelp av et elliptisk speil 41. Fordelene med denne løsningen over løsningene i Figur 3-8 er at speil gir mindre absorpsjonstap enn linser, 30 og at man derfor taper mindre lys. Figur 12 viser en alternativ utførelse for kollimering av laseren 12 som vist i Figur 11. Den sveipbare laseren 12 kollimeres ved et elliptisk speil 42 som kan vippes i en eller to akser. Dette gir mulighet for sveip langs de aktuelle aksene, slik at i kombinasjon med målesystemene 10 i Figur 1-10, vil man i bedre grad kunne justere laseren 12 slik at refleksjonen 15 maksimaliseres for en gitt utgangsvinkel på laseren. Det gir også mulighet for å kartlegge et område for olje og/eller kjemikalier.

Henviser nå til Figur 13 som viser en alternativ utførelse til systemer 10 og utforminger i Figur 1-12. Systemet innkapsles (ikke vist) og et roterende vindu 51 er plassert slik at laserstrålingen 50 ut av vinduet 51 og den reflekterte strålingen 52 inn i vinduet 51 passerer igjennom dette. Faste optiske elementer som er en del av innkapslingen (ikke vist) er enten fjernet (hvis unødvendige) eller flyttet inn i innkapslingen. Det roterende vinduet 51 hindrer at vann, is og skitt kommer i veien for lyset som transmitteres igjennom dette. Vinduet 51 er evt. montert via en aksling 53 eller lager omkring hele vinduet 51 og tilkoblet en elektrisk motor (ikke vist) som driver det rundt.

Figur 14 viser en alternativ utførelse for utforminger av roterende vindu 51 i Figur 13. Vinduet 51 er koblet mot en eller flere polare magneter 54 som drives ved magnetisk overføring av rotasjon. En drivaksel 55 er koblet mot polare magneter 56 som overfører kraften til det roterende vinduet 51. Imellom de to settene med magneter 54 og 56 er anordnet et vindu 57 som hermetisk lukker innerside (drivaksel 55, motor (ikke vist), optikk (ikke vist) og lignende) mot ytterside (roterende vindu 51 med mer). Vinduene 51 og 57 er transparente for laserlyset som benyttes. Fordelen med denne løsningen over løsningen i Figur 13 er tetningen mot det roterende vinduet ikke forringer tetningen av innkapslingen, noe som bl.a. er viktig for EX-sikrede systemer.

Henviser nå til Figur 15 som beskriver en alternativ løsning til oppsettet slik som vist i Figur 7 ved bruk av vippbar laser i en eller flere akser. Optikken til det ti I bake reflekterte lyset er vippbar innenfor de samme aksene, slik at systemet 10 finner vinkel for reflektans maksima for hver utgangsvinkel på laserstrålen 60, 61 og 62. Ved å kartlegge et område vil systemet innhente informasjon om olje/kjemikaliesøl på vannet 61 og 62, og presentere dette som et bilde av utbredelsen av olje/kjemikaliesølet.

Modifikasjoner

Systemet kan modifiseres ved at man benytter flere lasere, sveipbare eller faste, for å samle inn lignende refleksjonsdata.

Systemet kan øke signal/støy-forholdet ved å gjøre flere påfølgende målinger som gir tidsmidlet refleksjonsdata. Dette øker tiden det tar før systemet reagerer, men gjør det mer nøyaktig.

Systemet kan benytte en pulset laserkilde for å redusere signal/støy-forholdet ved at signalet fra den optiske detektoren blir pulsfiltrert elektronisk eller med en lock-in-amplifier.

Systemet kan utstyres med et smalbåndet optisk filter foran detektoren for å redusere infrarød stråling fra bakgrunn, atmosfære og/eller sol.

Systemet kan utstyres med apertur for å redusere strølys fra andre kilder som treffer detektoren.

Systemet kan benytte vippbare linser og annen optikk for å retningsstyre laserstrålen ut av systemet.

Systemet kan benytte vippbare elliptiske speil for å måle innkommende lys i ulike retninger. Systemet kan benytte temperaturkontroll på detektor og/eller laser for å øke nøyaktigheten på signalene og målingene.

Systemet kan utstyres med et diffraktivt gitter eller prisme for å frekvensfiltrere lyset som kommer tilbake på detektoren, med den hensikt å redusere infrarød stråling fra bakgrunn, atmosfære og/eller sol.

Systemet kan utstyres med en eller flere optiske stabilisatorer for å motvirke bevegelser på strukturelle komponenter som systemet er montert på.

Systemet kan utstyres med varme i linser, vindu eller andre komponenter som er utsatt for isdannelse under bruk.

Systemet kan kobles med en trådløs sender/mottaker for trådløs kommunikasjon og overføring av data.

Systemet kan benytte en databehandlingsenhet med informasjonen fra retningsavhengig opptak til å danne et bilde over området som er utsatt for olje og/eller kjemikaliesøl.

Systemet kan utstyres med anti-heft belegg på linser, speil og/eller vindu for å redusere søl og oppsamling av støv og lignende på disse.

Systemet kan utstyres med en retningsstyring og en kontrollenhet for å rette systemet mot ulike punkt/områder for overvåkning av disse, og/eller danne et bilde ved opptak av data fra ulike retninger.

Systemet kan utstyres med forstørrende eller forminskende optikk for bildedannelse med ulik optisk forstørrelse.

Systemet kan utstyres med roterende flate, sfæriske, parabolske eller elliptiske speil for å sveipe utgående eller inngående lys i en eller to akser.

Claims (29)

1. Fremgangsmåte for måling/detektering av kjemikaliesøl, så som olje, i et definert område i nærheten av et objekt på land, til havs eller i luften, hvilket objekt er forsynt med et system for måling/detektering av kjemikaliesøl, samt gjenkjenning av kjemikalietype,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter følgende trinn: a) avstemming av bølgelengden til en avstembar laser ved hjelp av elektrisk og/eller termisk styring; benytte flere faste eller sveipbare lasere og/eller benytte en pulset laserkilde, b) belysning av det definerte området som skal undersøkes, c) måling og registrering av speilreflektert og/eller diffust reflektert lyssignal fra overflaten i det definerte området ved hjelp av en mottaker, så som en optisk detektor eller lysmåler, d) innsamling og lagring av målinger i en kontrollenhet, e) analysere målingene ved hjelp av en kontrollenhet eller en ekstern enhet, f) påvise kjemikalie ved hjelp av et eller flere referansebibliotek og/eller algoritmer innrettet i kontrollenheten eller den eksterne enheten.

2. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å benytte minst tre ulike bølgelengder som sendes ut fra en avstembar infrarød laser, flere faste eller sveipbare lasere og/eller en pulset laserkilde, hvilke bølgelengder velges slik at refleksjonen fra kjemikalien er ulik for minst tre av disse, og at den kan skilles fra bakgrunnen.

3. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å fokusere eller kollimere laseren ved hjelp av kollimerende optikk og/eller speil.

4. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å bevege laseren(e) og/eller mottakeren(e) for å fokusere, sende eller innhente lys innfor et område.

5. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten videre omfatter å benytte: - et smalbåndet optisk filter foran mottakeren for å redusere stråling fra bakgrunn, atmosfære og/eller sol, - en apertur for å redusere strølys fra andre kilder som treffer mottakeren, og/eller - et diffraktivt gitter eller prisme for å frekvensfiltrere lys som kommer tilbake til mottakeren for å redusere infrarød stråling fra bakgrunn, atmosfære og/eller sol.

6. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å danne et romlig bilde av kjemikaliesølet og/eller dybdeinformasjon om kjemikaliesøl ved å kartlegge et bilde av tilbakereflektert lys i en eller to akser, og/eller bevege den avstembare laserkilden innenfor det samme området.

7. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat i forbindelse med bevegelig bakgrunn i det definerte området, så som bevegende vann, er fremgangsmåten innrettet for å se speilende refleksjoner og/eller diffuse refleksjoner fra overflaten mot bakgrunnen.

8. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: - splitting og/eller sveiping av et lyssignal fra laseren for å belyse et større område, og/eller - benyttelse av bevegelige linser eller annen optikk for å retningsstyre laserstrålen ut av systemet.

9. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 2,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å benytte laserlys innenfor bølgelengdeområdet 1-10 u.m, innenfor bølgelengdeområdet 1,4-4,5 u.m eller innenfor bølgelengdeområdet 1,7-3,5 u.m.

10. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å benytte forstørrende eller forminskende optikk for bildedannelse med ulik optisk forstørrelse.

11. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å benytte roterende flate, sfæriske, parabolske eller elliptiske speil for å sveipe utgående eller inngående lys i en eller to akser.

12. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å sammenligne refleksjonen fra overflaten/kjemikalien med tidligere innsamlede data for å se på endringer i refleksjon for å øke nøyaktigheten til systemet.

13. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedfremgangsmåten omfatter å benytte resultater i et varslingssystem for kjemikalie og/eller oljesøl i det definerte området.

14. System for måling/detektering av kjemikaliesøl, så som olje, i et definert område i nærheten av et objekt (100), på land, til havs eller i luften, samt gjenkjenning av kjemikalietype, til hvilket objekt (100) systemet er anordnet,karakterisert vedat systemet (10) omfatter: - en avstembar laser (12), - flere faste eller sveipbare lasere (12), og/ eller - en pulset laserkilde (12) for å sende ut lys med ulik bølgelengde mot det definerte området, og - en eller flere mottakere (17) for å måle reflektert og/eller diffust reflektert lyssignal fra det definerte områdets overflate.

15. System i samsvar med patentkrav 14,karakterisert vedat laser(e) (12) og mottakeren(e) (17) er anordnet i samme innkapsling eller i to ulike innkapslinger dersom de er koblet sammen elektronisk.

16. System i samsvar med patentkrav 14-15,karakterisert vedat - laseren(e) (12) og mottakeren(e) (17) er anordnet nær hverandre slik at systemet registrerer lys som reflekteres rett tilbake eller nær dette, eller - laseren(e) (12) og mottakeren(e) (17) sitter på ulike steder, slik at lys som reflekteres fra overflaten vil kunne treffe en eller flere av mottakeren(e) (17).

17. System i samsvar med patentkrav 14,karakterisert vedat de(n) avstembare laserbaserte lyskilden(e) (12) er en sveipbar infrarød laser.

18. System i samsvar med patentkrav 14,karakterisert vedat mottakeren (17) er en lysmåler eller en optisk detektor, hvilken mottaker (17) er forsynt med: - fokuserende optikk (16), hvilken fokuserer lyset til mottakeren (17), - et optisk vindu eller filter (16a) og justerbar fokuserende optikk (16b) for å fokusere lys fra ulike inngangsvinkler (15a, 15b) til mottakeren (17), - et fokuserende speil (40) for å fange opp reflektert lys (15) for mottakeren (17), - et smalbåndet optisk filter for å redusere infrarød stråling fra bakgrunn, atmosfære og/eller sol, og/eller - et diffraktivt gitter eller prisme for å frekvensfiltrere lyset som kommer tilbake på mottakeren (17), for å redusere infrarød stråling fra bakgrunn, atmosfære og/eller sol.

19. System i samsvar med patentkrav 18,karakterisert vedat mottakeren (17) er anordnet bevegelig for å flyttes med fokalpunktet til optikken (16a, 16b).

20. System i samsvar med patentkrav 18,karakterisert vedat mottakeren (17) er dannet av en rekke lysmålere (17a, 17b, osv.) (1-dimensjonal) for å måle reflektert lys med innfallsvinkler langs to akser.

21. System i samsvar med patentkrav 14,karakterisert vedat systemet omfatter en eller flere aperturer (30-32) for å redusere signal/støy-forholdet, hvilke aperturer (30-32) er anordnet foran mottakeren (17).

22. System i samsvar med patentkrav 14,karakterisert vedat systemet omfatter kollimerende optikk (13) for å lage en kollimert laserstråle (14) som går ut av systemet.

23. System i samsvar med patentkrav 14,karakterisert vedat systemet omfatter et elliptisk speil (42), hvilket kan beveges i en eller to akser for å retningsstyre den kollimerte sveipbare laseren (12) som enten er fast eller vippes sammen med speilet.

24. System i samsvar med patentkrav 14,karakterisert vedat laseren(e) (12) og/eller mottakeren(e) (17) er anordnet bevegelig for å fokusere, sende eller innhente lys innfor et område.

25. System i samsvar med patentkrav 14,karakterisert vedat systemet omfatter: - databehandlingsenhet med informasjonen fra retningsavhengig opptak til å danne et bilde over området som er utsatt for olje og/eller kjemikaliesøl, - en eller flere optiske stabilisatorer for å motvirke bevegelser på strukturelle komponenter som systemet er montert på, - temperaturkontroll på mottaker og/eller laser for å øke nøyaktigheten på signalene og målingene, - bevegelige elliptiske speil for å måle innkommende lys i ulike retninger, - bevegelige linser og annen optikk for å retningsstyre laserstrålen ut av systemet, - apertur for å redusere strølys fra andre kilder som treffer mottakeren, og/eller - roterende flate, sfæriske, parabolske eller elliptiske speil for å sveipe utgående eller inngående lys i en eller to akser

26. System i samsvar med patentkrav 14,karakterisert vedat systemet videre omfatter en kontrollenhet (11) omfattende en eller flere av: - mikronkontroller med internt eller eksternt minne, - datalogger, - midler for ekstern kommunikasjon med et eksternt panel eller overvåkningsutstyr (18), så som en PC, for lagring eller videre analyse av data.

27. System i samsvar med patentkrav 26,karakterisert vedat kontrollenheten (11) er forsynt med programvare og/eller algoritmer og et eller flere referansebibliotek for analyse av målingene og gjenkjenning/bestemmelse av kjemikalier, samt eventuelt programvare for å danne et romlig bilde av kjemikaliesølet og/eller dybdeinformasjon om kjemikaliesøl ved å kartlegge et bilde av tilbakereflektert lys i en eller to akser, og/eller bevege den avstembare laserkilden innenfor det samme området.

28. System i samsvar med patentkrav 15,karakterisert vedat et roterende vindu (51) er anordnet for å slippe laserstrålen (50) ut av innkapslingen og slippe inn reflektert stråling (52), hvilket roterende vindu (51) drives av egnete midler, så som en aksling (53) eller et lager omkring hele 15 vinduet (51) anordnet til en elektrisk motor.

29. System i samsvar med patentkrav 28,karakterisert vedat det roterende vinduet (51) er koblet mot en eller flere magneter (54) og at en drivaksel (55) er koblet mot polare magneter (56) hvilke overfører kraften til det roterende vinduet (51), imellom hvilke polare sett med magneter (54, 56) er anordnet et vindu (57) som hermetisk lukker innerside mot ytterside.