一種基于激光激發(fā)熒光技術(shù)的溢油監(jiān)測系統(tǒng)及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于激光激發(fā)熒光技術(shù)的溢油監(jiān)測系統(tǒng)及其工作方法，所述的系統(tǒng)包括激光發(fā)射裝置、激光熒光接收轉(zhuǎn)換裝置、信號采集裝置、跨導(dǎo)型峰值保持電路和控制裝置，激光熒光接收轉(zhuǎn)換裝置接收油類受激發(fā)射的熒光信號，并將熒光信號轉(zhuǎn)化為電信號；跨導(dǎo)型峰值保持電路將所得到的脈沖電信號的峰值記錄并保持一段時間，并傳給控制裝置；控制裝置將脈沖電信號的大小與熒光光譜數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而反映出溢油的品種。本發(fā)明采用跨導(dǎo)型峰值保持電路，使整個電路的通頻帶較高，且穩(wěn)定性好，能夠保證獲得有效的熒光信號，確定是否發(fā)生溢油，保證獲得的脈沖電信號的峰值大小的準(zhǔn)確性，為溢油事故中針對不同油種的處理提供有效信息。
【專利說明】一種基于激光激發(fā)熒光技術(shù)的溢油監(jiān)測系統(tǒng)及其工作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋環(huán)境檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于激光激發(fā)熒光技術(shù)的溢油監(jiān)測系統(tǒng)及其工作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]激光誘導(dǎo)熒光是一種可視化、非接觸的激光測量方法。在溢油檢測中，油類物質(zhì)由于其熒光基團(tuán)的性質(zhì)，在紫外光的照射下油類物質(zhì)吸收掉光能并激發(fā)內(nèi)部電子，從而激發(fā)出熒光現(xiàn)象，并且由于其獨(dú)特的熒光特性可以作為區(qū)分依據(jù)，可成功被探測。其中熒光信號的高效、準(zhǔn)確的采集與處理是溢油檢測技術(shù)中重要環(huán)節(jié)。
[0003]目前對于熒光信號采集的探測器主要有:電荷耦合元件(CCD)探測器、光電二極管陣列、光電倍增管等。通過性能比較，光電倍增管是性能最適合用于溢油檢測中熒光信號的采集。光電倍增管作為熒光探測器，會將激發(fā)出的熒光信號轉(zhuǎn)化為電信號輸出，輸出電信號為近似脈沖信號并傳輸給單片機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理，脈沖信號的峰值反映出溢油的相關(guān)信息。而在信息采集過程中，激發(fā)出的熒光會受到光源、設(shè)備、環(huán)境等因素的影響，造成信號的峰值時間發(fā)生抖動。所以整個信息的采集部分的難點(diǎn)就是如何在熒光光譜達(dá)到峰值時準(zhǔn)確采集到峰值的大小。為了準(zhǔn)確的提供溢油監(jiān)測信息，對熒光信號的峰值進(jìn)行合理、準(zhǔn)確的采集就顯得十分重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明目的是要提供一種基于激光激發(fā)熒光技術(shù)的溢油監(jiān)測系統(tǒng)及其工作方法，盡可能消除對激發(fā)熒光的峰值時間造成影響的因素，保證信號的有效性和準(zhǔn)確性，為溢油監(jiān)測提供準(zhǔn)確依據(jù)。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種基于激光激發(fā)熒光技術(shù)的溢油監(jiān)測系統(tǒng)，包括激光發(fā)射裝置、激光熒光接收轉(zhuǎn)換裝置、信號采集裝置、跨導(dǎo)型峰值保持電路和控制裝置，所述的激光發(fā)射裝置包括激光器、激光電源和冷卻裝置，所述的激光熒光接收轉(zhuǎn)換裝置包括濾光器和光電倍增管，所述的控制裝置安裝有數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，所述的激光熒光接收轉(zhuǎn)換裝置與信號采集裝置連接，所述的信號采集裝置與跨導(dǎo)型峰值保持電路連接，所述的跨導(dǎo)型峰值保持電路與控制裝置連接，所述的控制裝置與激光發(fā)射裝置連接，所述的控制裝置包括計(jì)算機(jī)和服務(wù)器；
[0007]所述的激光發(fā)射裝置向發(fā)生溢油事故的地點(diǎn)發(fā)射能量集中的特定波長的激光，所述的特定波長的激光包括紅外光或紫外光；
[0008]所述的激光熒光接收轉(zhuǎn)換裝置接收油類受激發(fā)射的熒光信號，并將熒光信號轉(zhuǎn)化為電信號；
[0009]所述的信號采集裝置將所得的電信號進(jìn)行濾波和預(yù)處理，得到濾去雜波的脈沖電信號;
[0010]所述的跨導(dǎo)型峰值保持電路將所得到的脈沖電信號的峰值記錄并保持一段時間，并傳給控制裝置；
[0011]所述的控制裝置，由數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)對所得的脈沖電信號進(jìn)行分析處理，將脈沖電信號的大小與熒光光譜數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而反映出溢油的品種。
[0012]一種基于激光激發(fā)熒光技術(shù)的溢油監(jiān)測系統(tǒng)的工作方法，包括如下步驟:
[0013]A、預(yù)先建立不同油種所激發(fā)的熒光光譜數(shù)據(jù)庫
[0014]油類的化學(xué)組成相似，但不同油類的分子結(jié)構(gòu)有很大區(qū)別，所產(chǎn)生的熒光光譜峰值也會有很大差別，得到的電壓峰值大小也不同。通過前期實(shí)驗(yàn)獲得不同油種對應(yīng)的峰值電壓，在控制裝置中建立不同油種所激發(fā)的熒光光譜數(shù)據(jù)庫。
[0015]B、進(jìn)行峰值保持
[0016]激光發(fā)射裝置向溢油地點(diǎn)發(fā)射紫外激光，通過激光與油類物質(zhì)的相互作用，激發(fā)出熒光現(xiàn)象。激發(fā)出的熒光信號經(jīng)激光熒光接收轉(zhuǎn)換裝置傳輸?shù)叫盘柌杉b置，信號采集裝置將熒光信號轉(zhuǎn)換成脈沖電信號并傳輸給跨導(dǎo)型峰值保持電路，跨導(dǎo)型峰值保持電路將脈沖電信號的峰值大小進(jìn)行保持，從而保證有足夠的時間供控制裝置對脈沖電信號進(jìn)行分析處理。
[0017]C、放大信號并傳送給控制裝置
[0018]跨導(dǎo)型峰值保持電路中的跨導(dǎo)放大器對輸入電壓和輸出電壓的壓差進(jìn)行放大，并輸出電流信號，輸出的電流通過二極管對電容充電，由于電容的放電具有延遲性，從而達(dá)到對熒光信號峰值保持，并將脈沖電信號峰值準(zhǔn)確的傳給控制裝置；
[0019]D、分辨溢油的油類品種
[0020]控制裝置中的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)將通過跨導(dǎo)型峰值保持電路測得的峰值電壓與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，準(zhǔn)確地分辨出溢油的油類品種。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0022]1、本發(fā)明跨導(dǎo)性峰值保持電路使用的跨導(dǎo)放大器的輸出阻抗極大，使整個電路的通頻帶較高，且穩(wěn)定性好，適于處理快速信號，能夠保證獲得有效的熒光信號，確定是否發(fā)生溢油。另外，跨導(dǎo)型峰值保持電路中反饋回路引起的過充電壓很小，保證獲得的脈沖電信號的峰值大小的準(zhǔn)確性。
[0023]2、本發(fā)明建立不同油類激發(fā)的熒光光譜數(shù)據(jù)庫，通過所得的電壓峰值實(shí)現(xiàn)對油類品種的準(zhǔn)確鑒別，為溢油事故中針對不同油種的處理提供有效信息。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]本發(fā)明共有附圖2張，其中:
[0025]圖1是激光熒光溢油監(jiān)測系統(tǒng)的組成框圖。
[0026]圖2是集成芯片OPA615組成的跨導(dǎo)型峰值保持電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1所示，本發(fā)明包括向溢油地點(diǎn)發(fā)射激光的激光發(fā)射裝置、用于接收油類受激發(fā)所產(chǎn)生的熒光信號并轉(zhuǎn)化為電信號的激光熒光接收轉(zhuǎn)換裝置、將熒光信號進(jìn)行濾波和與處理的信號采集裝置、對脈沖電信號的峰值進(jìn)行記錄和保持的跨導(dǎo)型峰值保持電路、用于分析處理和對比顯示等功能的控制裝置。
[0028]如圖2所示，本發(fā)明的跨導(dǎo)型峰值保持電路采用集成芯片OPA615設(shè)計(jì)，其中OPA615內(nèi)部由一個帶寬為730MHz的采樣比較器和一個帶寬為710MHz的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器(OTA)組成，保持命令響應(yīng)時間為2.5ns，芯片的傳輸延時1.9ns，時間性能十分優(yōu)異。電路中Signal in為脈沖信號輸入端，信號輸入0PA615的Emitter管腳，當(dāng)脈沖信號進(jìn)入后，BASE管腳經(jīng)電阻R15(充電限流電阻)對電容C31充電，從而對峰值電壓進(jìn)行保持，Vout9_2d端輸出電壓峰值信號。0PA615內(nèi)部自帶電壓跟隨器，將輸出峰值電壓信號經(jīng)R13反饋給信號輸入端提供參考。
【權(quán)利要求】
1.一種基于激光激發(fā)熒光技術(shù)的溢油監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括激光發(fā)射裝置、激光熒光接收轉(zhuǎn)換裝置、信號采集裝置、跨導(dǎo)型峰值保持電路和控制裝置，所述的激光發(fā)射裝置包括激光器、激光電源和冷卻裝置，所述的激光熒光接收轉(zhuǎn)換裝置包括濾光器和光電倍增管，所述的控制裝置安裝有數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，所述的激光熒光接收轉(zhuǎn)換裝置與信號采集裝置連接，所述的信號采集裝置與跨導(dǎo)型峰值保持電路連接，所述的跨導(dǎo)型峰值保持電路與控制裝置連接，所述的控制裝置與激光發(fā)射裝置連接，所述的控制裝置包括計(jì)算機(jī)和服務(wù)器； 所述的激光發(fā)射裝置向發(fā)生溢油事故的地點(diǎn)發(fā)射能量集中的特定波長的激光，所述的特定波長的激光包括紅外光或紫外光； 所述的激光熒光接收轉(zhuǎn)換裝置接收油類受激發(fā)射的熒光信號，并將熒光信號轉(zhuǎn)化為電信號; 所述的信號采集裝置將所得的電信號進(jìn)行濾波和預(yù)處理，得到濾去雜波的脈沖電信號; 所述的跨導(dǎo)型峰值保持電路將所得到的脈沖電信號的峰值記錄并保持一段時間，并傳給控制裝置； 所述的控制裝置，由數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)對所得的脈沖電信號進(jìn)行分析處理，將脈沖電信號的大小與熒光光譜數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而反映出溢油的品種。
2.一種基于激光激發(fā)熒光技術(shù)的溢油監(jiān)測系統(tǒng)的工作方法，其特征在于:包括如下步驟: A、預(yù)先建立不同油種所激發(fā)的熒光光譜數(shù)據(jù)庫 油類的化學(xué)組成相似，但不同油類的分子結(jié)構(gòu)有很大區(qū)別，所產(chǎn)生的熒光光譜峰值也會有很大差別，得到的電壓峰值大小也不同；通過前期實(shí)驗(yàn)獲得不同油種對應(yīng)的峰值電壓，在控制裝置中建立不同油種所激發(fā)的熒光光譜數(shù)據(jù)庫； B、進(jìn)行峰值保持 激光發(fā)射裝置向溢油地點(diǎn)發(fā)射紫外激光，通過激光與油類物質(zhì)的相互作用，激發(fā)出熒光現(xiàn)象；激發(fā)出的熒光信號經(jīng)激光熒光接收轉(zhuǎn)換裝置傳輸?shù)叫盘柌杉b置，信號采集裝置將熒光信號轉(zhuǎn)換成脈沖電信號并傳輸給跨導(dǎo)型峰值保持電路，跨導(dǎo)型峰值保持電路將脈沖電信號的峰值大小進(jìn)行保持，從而保證有足夠的時間供控制裝置對脈沖電信號進(jìn)行分析處理； C、放大信號并傳送給控制裝置 跨導(dǎo)型峰值保持電路中的跨導(dǎo)放大器對輸入電壓和輸出電壓的壓差進(jìn)行放大，并輸出電流信號，輸出的電流通過二極管對電容充電，由于電容的放電具有延遲性，從而達(dá)到對熒光信號峰值保持，并將脈沖電信號峰值準(zhǔn)確的傳給控制裝置； D、分辨溢油的油類品種 控制裝置中的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)將通過跨導(dǎo)型峰值保持電路測得的峰值電壓與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，準(zhǔn)確地分辨出溢油的油類品種。
【文檔編號】G01N21/64GK104502321SQ201510009517
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月6日
【發(fā)明者】李穎, 劉瑀, 侯永超 申請人:李穎