一種基於雷射激發螢光技術的溢油監測系統及其工作方法
2023-05-21 07:13:06 1
一種基於雷射激發螢光技術的溢油監測系統及其工作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於雷射激發螢光技術的溢油監測系統及其工作方法，所述的系統包括雷射發射裝置、雷射螢光接收轉換裝置、信號採集裝置、跨導型峰值保持電路和控制裝置，雷射螢光接收轉換裝置接收油類受激發射的螢光信號，並將螢光信號轉化為電信號；跨導型峰值保持電路將所得到的脈衝電信號的峰值記錄並保持一段時間，並傳給控制裝置；控制裝置將脈衝電信號的大小與螢光光譜資料庫中的數據進行對比，從而反映出溢油的品種。本發明採用跨導型峰值保持電路，使整個電路的通頻帶較高，且穩定性好，能夠保證獲得有效的螢光信號，確定是否發生溢油，保證獲得的脈衝電信號的峰值大小的準確性，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】一種基於雷射激發螢光技術的溢油監測系統及其工作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於海洋環境檢測【技術領域】，特別涉及一種基於雷射激發螢光技術的溢油監測系統及其工作方法。
【背景技術】
[0002]雷射誘導螢光是一種可視化、非接觸的雷射測量方法。在溢油檢測中，油類物質由於其螢光基團的性質，在紫外光的照射下油類物質吸收掉光能並激發內部電子，從而激發出螢光現象，並且由於其獨特的螢光特性可以作為區分依據，可成功被探測。其中螢光信號的高效、準確的採集與處理是溢油檢測技術中重要環節。
[0003]目前對於螢光信號採集的探測器主要有:電荷耦合元件(CCD)探測器、光電二極體陣列、光電倍增管等。通過性能比較，光電倍增管是性能最適合用於溢油檢測中螢光信號的採集。光電倍增管作為螢光探測器，會將激發出的螢光信號轉化為電信號輸出，輸出電信號為近似脈衝信號並傳輸給單片機進行後續處理，脈衝信號的峰值反映出溢油的相關信息。而在信息採集過程中，激發出的螢光會受到光源、設備、環境等因素的影響，造成信號的峰值時間發生抖動。所以整個信息的採集部分的難點就是如何在螢光光譜達到峰值時準確採集到峰值的大小。為了準確的提供溢油監測信息，對螢光信號的峰值進行合理、準確的採集就顯得十分重要。
【發明內容】
[0004]為解決現有技術存在的上述問題，本發明目的是要提供一種基於雷射激發螢光技術的溢油監測系統及其工作方法，儘可能消除對激發螢光的峰值時間造成影響的因素，保證信號的有效性和準確性，為溢油監測提供準確依據。
[0005]為了達到上述目的，本發明的技術方案如下:
[0006]一種基於雷射激發螢光技術的溢油監測系統，包括雷射發射裝置、雷射螢光接收轉換裝置、信號採集裝置、跨導型峰值保持電路和控制裝置，所述的雷射發射裝置包括雷射器、雷射電源和冷卻裝置，所述的雷射螢光接收轉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據分析處理系統，所述的雷射螢光接收轉換裝置與信號採集裝置連接，所述的信號採集裝置與跨導型峰值保持電路連接，所述的跨導型峰值保持電路與控制裝置連接，所述的控制裝置與雷射發射裝置連接，所述的控制裝置包括計算機和伺服器；
[0007]所述的雷射發射裝置向發生溢油事故的地點發射能量集中的特定波長的雷射，所述的特定波長的雷射包括紅外光或紫外光；
[0008]所述的雷射螢光接收轉換裝置接收油類受激發射的螢光信號，並將螢光信號轉化為電信號；
[0009]所述的信號採集裝置將所得的電信號進行濾波和預處理，得到濾去雜波的脈衝電信號;
[0010]所述的跨導型峰值保持電路將所得到的脈衝電信號的峰值記錄並保持一段時間，並傳給控制裝置；
[0011]所述的控制裝置，由數據分析處理系統對所得的脈衝電信號進行分析處理，將脈衝電信號的大小與螢光光譜資料庫中的數據進行對比，從而反映出溢油的品種。
[0012]一種基於雷射激發螢光技術的溢油監測系統的工作方法，包括如下步驟:
[0013]A、預先建立不同油種所激發的螢光光譜資料庫
[0014]油類的化學組成相似，但不同油類的分子結構有很大區別，所產生的螢光光譜峰值也會有很大差別，得到的電壓峰值大小也不同。通過前期實驗獲得不同油種對應的峰值電壓，在控制裝置中建立不同油種所激發的螢光光譜資料庫。
[0015]B、進行峰值保持
[0016]雷射發射裝置向溢油地點發射紫外雷射，通過雷射與油類物質的相互作用，激發出螢光現象。激發出的螢光信號經雷射螢光接收轉換裝置傳輸到信號採集裝置，信號採集裝置將螢光信號轉換成脈衝電信號並傳輸給跨導型峰值保持電路，跨導型峰值保持電路將脈衝電信號的峰值大小進行保持，從而保證有足夠的時間供控制裝置對脈衝電信號進行分析處理。
[0017]C、放大信號並傳送給控制裝置
[0018]跨導型峰值保持電路中的跨導放大器對輸入電壓和輸出電壓的壓差進行放大，並輸出電流信號，輸出的電流通過二極體對電容充電，由於電容的放電具有延遲性，從而達到對螢光信號峰值保持，並將脈衝電信號峰值準確的傳給控制裝置；
[0019]D、分辨溢油的油類品種
[0020]控制裝置中的數據分析處理系統將通過跨導型峰值保持電路測得的峰值電壓與資料庫中的數據進行匹配，準確地分辨出溢油的油類品種。
[0021]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0022]1、本發明跨導性峰值保持電路使用的跨導放大器的輸出阻抗極大，使整個電路的通頻帶較高，且穩定性好，適於處理快速信號，能夠保證獲得有效的螢光信號，確定是否發生溢油。另外，跨導型峰值保持電路中反饋迴路引起的過充電壓很小，保證獲得的脈衝電信號的峰值大小的準確性。
[0023]2、本發明建立不同油類激發的螢光光譜資料庫，通過所得的電壓峰值實現對油類品種的準確鑑別，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]本發明共有附圖2張，其中:
[0025]圖1是雷射螢光溢油監測系統的組成框圖。
[0026]圖2是集成晶片OPA615組成的跨導型峰值保持電路原理圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發明作進一步的說明。如圖1所示，本發明包括向溢油地點發射雷射的雷射發射裝置、用於接收油類受激發所產生的螢光信號並轉化為電信號的雷射螢光接收轉換裝置、將螢光信號進行濾波和與處理的信號採集裝置、對脈衝電信號的峰值進行記錄和保持的跨導型峰值保持電路、用於分析處理和對比顯示等功能的控制裝置。
[0028]如圖2所示，本發明的跨導型峰值保持電路採用集成晶片OPA615設計，其中OPA615內部由一個帶寬為730MHz的採樣比較器和一個帶寬為710MHz的運算跨導放大器(OTA)組成，保持命令響應時間為2.5ns，晶片的傳輸延時1.9ns，時間性能十分優異。電路中Signal in為脈衝信號輸入端，信號輸入0PA615的Emitter管腳，當脈衝信號進入後，BASE管腳經電阻R15(充電限流電阻)對電容C31充電，從而對峰值電壓進行保持，Vout9_2d端輸出電壓峰值信號。0PA615內部自帶電壓跟隨器，將輸出峰值電壓信號經R13反饋給信號輸入端提供參考。
【權利要求】
1.一種基於雷射激發螢光技術的溢油監測系統，其特徵在於:包括雷射發射裝置、雷射螢光接收轉換裝置、信號採集裝置、跨導型峰值保持電路和控制裝置，所述的雷射發射裝置包括雷射器、雷射電源和冷卻裝置，所述的雷射螢光接收轉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據分析處理系統，所述的雷射螢光接收轉換裝置與信號採集裝置連接，所述的信號採集裝置與跨導型峰值保持電路連接，所述的跨導型峰值保持電路與控制裝置連接，所述的控制裝置與雷射發射裝置連接，所述的控制裝置包括計算機和伺服器； 所述的雷射發射裝置向發生溢油事故的地點發射能量集中的特定波長的雷射，所述的特定波長的雷射包括紅外光或紫外光； 所述的雷射螢光接收轉換裝置接收油類受激發射的螢光信號，並將螢光信號轉化為電信號; 所述的信號採集裝置將所得的電信號進行濾波和預處理，得到濾去雜波的脈衝電信號; 所述的跨導型峰值保持電路將所得到的脈衝電信號的峰值記錄並保持一段時間，並傳給控制裝置； 所述的控制裝置，由數據分析處理系統對所得的脈衝電信號進行分析處理，將脈衝電信號的大小與螢光光譜資料庫中的數據進行對比，從而反映出溢油的品種。
2.一種基於雷射激發螢光技術的溢油監測系統的工作方法，其特徵在於:包括如下步驟: A、預先建立不同油種所激發的螢光光譜資料庫 油類的化學組成相似，但不同油類的分子結構有很大區別，所產生的螢光光譜峰值也會有很大差別，得到的電壓峰值大小也不同；通過前期實驗獲得不同油種對應的峰值電壓，在控制裝置中建立不同油種所激發的螢光光譜資料庫； B、進行峰值保持 雷射發射裝置向溢油地點發射紫外雷射，通過雷射與油類物質的相互作用，激發出螢光現象；激發出的螢光信號經雷射螢光接收轉換裝置傳輸到信號採集裝置，信號採集裝置將螢光信號轉換成脈衝電信號並傳輸給跨導型峰值保持電路，跨導型峰值保持電路將脈衝電信號的峰值大小進行保持，從而保證有足夠的時間供控制裝置對脈衝電信號進行分析處理； C、放大信號並傳送給控制裝置 跨導型峰值保持電路中的跨導放大器對輸入電壓和輸出電壓的壓差進行放大，並輸出電流信號，輸出的電流通過二極體對電容充電，由於電容的放電具有延遲性，從而達到對螢光信號峰值保持，並將脈衝電信號峰值準確的傳給控制裝置； D、分辨溢油的油類品種 控制裝置中的數據分析處理系統將通過跨導型峰值保持電路測得的峰值電壓與資料庫中的數據進行匹配，準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 優先權日:2015年1月6日
【發明者】李穎, 劉瑀, 侯永超 申請人:李穎