一種現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海上油膜厚度裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海上油膜厚度裝置及方法，它包括數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元；數(shù)據(jù)處理單元用于采集油膜厚度的電信號(hào)，并將其傳送給數(shù)據(jù)處理單元；數(shù)據(jù)處理單元用于將該電信號(hào)放大、濾波，且轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的油膜厚度，并傳送給遠(yuǎn)程的附近陸地或者工作船舶，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海面溢油的油膜厚度。本發(fā)明基于原電池原理，測(cè)量影響因素較少，裝置微型化，整體成本相對(duì)低廉，同時(shí)又具有較高的檢測(cè)精度和靈敏度，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量。因此，本發(fā)明可以廣泛用于各類水面溢油事件中油膜厚度的測(cè)量以及海上溢油事件的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
【專利說明】一種現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海上油膜厚度裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)量水面油膜厚度裝置及方法，特別是關(guān)于一種現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海上油膜厚度裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]海面上溢油油膜厚度是計(jì)算溢油量的必要參數(shù)之一，為溢油的處理和分散劑的用量等，提供合理的指標(biāo)。
[0003]目前，用于海上溢油油膜厚度測(cè)量的技術(shù)主要有油色目測(cè)法、衛(wèi)星遙感法、光學(xué)遙感法(紅外線遙感法、紫外線遙感法、激光遙感法)和微波遙感法等。
[0004]油色目測(cè)法是根據(jù)《波恩協(xié)議》油膜色彩與油膜厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系并結(jié)合船舶現(xiàn)場的調(diào)查情況來確定。油膜目測(cè)法評(píng)估中受個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的主觀因素影響較大，需要受特殊訓(xùn)練，有經(jīng)驗(yàn)的人來完成，同時(shí)還受不同光線和色彩背景的影響較大，通常認(rèn)為當(dāng)油膜厚度超過
2.5mm時(shí)，難以從外觀上區(qū)分油膜厚度。
[0005]衛(wèi)星遙感法是通過衛(wèi)星監(jiān)測(cè)海面溢油，利用專業(yè)的圖像處理系統(tǒng)計(jì)算出成像時(shí)刻的溢油厚度，這種方法具有費(fèi)用低廉，準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)，但是這種方法受海洋環(huán)境，天氣狀況等因素的影響嚴(yán)重。
[0006]光學(xué)遙感法主要是根據(jù)油膜在光譜區(qū)內(nèi)的不同反射、散射、吸收特性將油膜厚度和波譜特征相結(jié)合來確定油膜厚度。目前來講用來探測(cè)油膜厚度的光學(xué)遙感技術(shù)主要有紅外遙感法、紫外遙感法和激光遙感法三種。
[0007]紅外線遙感法是根據(jù)油膜在一定厚度情況下吸收太陽輻射，并將一部分的輻射能量以熱能的形式釋放出去，厚油膜表現(xiàn)為熱特征，中等厚度油膜表現(xiàn)為冷特征。這種測(cè)量方法價(jià)格低廉，重量輕，無需對(duì)飛機(jī)進(jìn)行加工，但是受天氣狀況、海況的因素影響，并且檢測(cè)不到薄油膜的厚度。
[0008]紫外線遙感法主要適用于薄油膜的檢測(cè)盡管其價(jià)格不貴，但是紫外線遙感器容易受外界環(huán)境的影響而產(chǎn)生虛假信息，難以與其他遙感影像配準(zhǔn)。
[0009]激光遙感法可以全天候、全氣象的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，應(yīng)用范圍廣，但是激光傳感器的自身重量很高，價(jià)格高昂，限制了這種技術(shù)的推廣。
[0010]微波遙感法原理是海洋本身發(fā)射微波輻射，而海面油層會(huì)發(fā)射比水體本身更強(qiáng)的微波信號(hào)，信號(hào)會(huì)隨油層的厚度而變化，因此理論上可以用來測(cè)量油膜厚度。但是微波遙感器的空間分辨率較低，并且易受周期性影響，一個(gè)亮信號(hào)往往不止對(duì)應(yīng)一個(gè)油膜厚度，其實(shí)用化還難以實(shí)現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種遠(yuǎn)距離現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海面溢油的油膜厚度裝置及方法。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海上油膜厚度裝置，其特征在于:它包括數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)采集單元用于采集油膜厚度的電信號(hào)，并將其傳送給所述數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)處理單元用于將該電信號(hào)放大、濾波，且轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的油膜厚度，并傳送給遠(yuǎn)程的附近陸地或者工作船舶，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海面溢油的油膜厚度。
[0013]所述數(shù)據(jù)采集單元包括測(cè)量浮子、鉑檢測(cè)電極、鋅檢測(cè)電極和電阻；所述測(cè)量浮子采用三角形結(jié)構(gòu)浮子，該三角形結(jié)構(gòu)浮子采用在三腳架的三個(gè)角上各自對(duì)應(yīng)設(shè)置一球形泡沫浮子；該三角架的中間設(shè)置一套筒，并在該套筒內(nèi)水平間隔相對(duì)設(shè)置兩個(gè)凸臺(tái)，一凸臺(tái)上連接所述鉑檢測(cè)電極的一端，另一凸臺(tái)上連接所述鋅檢測(cè)電極的一端；位于所述測(cè)量浮子同側(cè)的所述鉑檢測(cè)電極的另一端通過柔性導(dǎo)線連接所述電阻的一端，所述鋅檢測(cè)電極的另一端通過柔性導(dǎo)線連接所述電阻的另一端。
[0014]所述數(shù)據(jù)處理單元包括差分放大器、濾波電路、微處理器、微型信號(hào)發(fā)射器、處理浮子和密封保護(hù)殼；所述差分放大器的輸入端連接所述電阻的兩端，輸出端連接所述濾波電路，所述濾波電路電連接所述微處理器；所述微處理器輸出端連接所述微型信號(hào)發(fā)射器的輸入端；所述電阻、所述差分放大器、所述濾波電路、所述微處理器和所述微型信號(hào)發(fā)射器設(shè)置在所述處理浮子同一面的所述密封保護(hù)殼內(nèi)。
[0015]一種現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海上油膜厚度裝置的方法，其包括以下步驟:1)將現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海上油膜厚度裝置拋設(shè)入存在溢油的海水中，測(cè)量浮子和處理浮子會(huì)使其漂浮在油膜上表面；測(cè)量浮子上穿設(shè)的鉑檢測(cè)電極和鋅檢測(cè)電極穿過油膜進(jìn)入海水中，鉑檢測(cè)電極和鋅檢測(cè)電極兩電極之間產(chǎn)生電勢(shì)差，使電子流動(dòng)產(chǎn)生電流；2)回路中的電流經(jīng)電阻后其兩端電壓信號(hào)輸入差分放大器中，經(jīng)差分放大器放大后傳送給微處理器；3)微處理器對(duì)輸入的放大信號(hào)進(jìn)行處理得到油膜厚度數(shù)據(jù)，并將油膜厚度數(shù)據(jù)發(fā)送個(gè)微型信號(hào)發(fā)射器；4)微型信號(hào)發(fā)射器將實(shí)時(shí)測(cè)量的油膜厚度數(shù)據(jù)發(fā)射到附近港口或工作船舶上的接收裝置，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)測(cè)量油膜厚度數(shù)據(jù)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:1、本發(fā)明基于原電池原理，無需攜帶電源，可長時(shí)間自動(dòng)工作，使用簡單，無需專業(yè)人員操作，不受個(gè)人經(jīng)驗(yàn)問題的影響，設(shè)計(jì)合適尺寸的檢測(cè)電極，可適用于各種厚度范圍的油膜測(cè)量。2、本發(fā)明使用了隨波性好的三角形結(jié)構(gòu)浮子，使用三個(gè)球形泡沫浮子和三角形架固定檢測(cè)電極，并設(shè)置套筒減小檢測(cè)電極周圍液面的波動(dòng)情況，降低了海況對(duì)檢測(cè)的影響。3、本發(fā)明由于是一種現(xiàn)場的實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，不利用光線，受天氣影響較小。4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，使用方便，可在溢油區(qū)域多處拋設(shè)，提高其測(cè)量精確度，使用了差分放大電路和單片機(jī)相連的系統(tǒng)，并自帶濾波，可以過濾掉波動(dòng)產(chǎn)生的虛假信息。5、本發(fā)明無需使用特殊的配套設(shè)備，一般計(jì)算機(jī)即可對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理。鑒于以上理由，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用與各類水面溢油事件中油膜厚度的測(cè)量以及海上溢油事件發(fā)生的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
[0018]圖2是本發(fā)明的俯視圖
[0019]圖3是油膜厚度差與電流變化關(guān)系圖

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0021]如圖1、圖2所示，一種現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海上油膜厚度裝置，它包括數(shù)據(jù)采集單元I和數(shù)據(jù)處理單元2。
[0022]其中，數(shù)據(jù)采集單元I用于采集油膜厚度的電信號(hào)，并將其傳送給數(shù)據(jù)處理單元2 ;數(shù)據(jù)處理單元2用于將該電信號(hào)放大、濾波，且轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的油膜厚度，并傳送給遠(yuǎn)程的附近陸地或者工作船舶，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海面溢油的油膜厚度。
[0023]數(shù)據(jù)采集單元I包括測(cè)量浮子11、鉑檢測(cè)電極12、鋅檢測(cè)電極13和電阻14。
[0024]測(cè)量浮子11采用隨波性好的三角形結(jié)構(gòu)浮子，該三角形結(jié)構(gòu)浮子采用在三腳架的三個(gè)角上各對(duì)應(yīng)設(shè)置一球形泡沫浮子，三角架的中間設(shè)置一套筒，并在套筒內(nèi)水平間隔相對(duì)設(shè)置兩個(gè)凸臺(tái)，一凸臺(tái)上連接鉑檢測(cè)電極12的一端，另一凸臺(tái)上連接鋅檢測(cè)電極13的一端，以減小兩個(gè)檢測(cè)電極周圍液面的波動(dòng)情況。鉑檢測(cè)電極12的另一端通過柔性導(dǎo)線連接電阻14的一端，鋅檢測(cè)電極13的另一端通過柔性導(dǎo)線連接電阻14的另一端，且電阻14兩端的柔性導(dǎo)線連接在測(cè)量浮子11的同一面。
[0025]數(shù)據(jù)處理單元2包括差分放大器21、濾波電路22、微處理器23、微型信號(hào)發(fā)射器24、處理浮子25和密封保護(hù)殼26。
[0026]差分放大器21的輸入端連接電阻14的兩端，輸出端連接濾波電路22，濾波電路22電連接微處理器23。微處理器23內(nèi)置電信號(hào)大小與油膜厚度的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，其輸出端連接微型信號(hào)發(fā)射器24的輸入端。電阻14、差分放大器21、濾波電路22、微處理器23和微型信號(hào)發(fā)射器24設(shè)置在處理浮子25同一面的密封保護(hù)殼26內(nèi)，以防本發(fā)明應(yīng)用時(shí)進(jìn)入海水或其他雜物。
[0027]上述實(shí)施例中，差分放大器21可以米用AD621型號(hào)的差分放大器。
[0028]上述實(shí)施例中，微處理器23采用型號(hào)為80C51的單片機(jī)。
[0029]上述實(shí)施例中，處理浮子25是本領(lǐng)域常用的用于漂浮的器件，故不再詳述。
[0030]采用本發(fā)明裝置的測(cè)量油膜海上油膜厚度方法，包括以下步驟:
[0031]I)將本發(fā)明裝置拋入存在溢油的海水中，由于浮子作用，測(cè)量浮子11和處理浮子25會(huì)使其漂浮在油膜上表面；測(cè)量浮子11上設(shè)置的鉑檢測(cè)電極12和鋅檢測(cè)電極13穿過油膜進(jìn)入海水中，鉑檢測(cè)電極12和鋅檢測(cè)電極13兩電極之間產(chǎn)生電勢(shì)差，從而使電子流動(dòng)產(chǎn)生電流，形成原電池。由于測(cè)量浮子11漂浮在油膜上表面，油膜厚度不同將會(huì)改變鋅檢測(cè)電極13與海水的接觸面積。如圖3所示的油膜厚度差與電流變化關(guān)系圖中，橫坐標(biāo)H為油膜厚度的變化值，縱坐標(biāo)I為相應(yīng)的電流變化值，而鋅檢測(cè)電極13和海水接觸的面積同電流大小呈正比，進(jìn)而隨著油膜厚度的改變影響回路中電流的大小；
[0032]2)回路中的電流經(jīng)電阻14后其兩端電壓信號(hào)(電壓信號(hào)可以表述如下:V =I*R*K;其中，V為采集的電壓信號(hào)，I為回路中電流，R為電阻14，K為差分放大電路21調(diào)節(jié)的放大系數(shù))輸入差分放大器21中，經(jīng)差分放大器21放大后傳送給微處理器23 ；
[0033]3)微處理器23對(duì)輸入的放大信號(hào)進(jìn)行處理得到油膜厚度數(shù)據(jù)，并將油膜厚度數(shù)據(jù)發(fā)送給微型信號(hào)發(fā)射器24 ;
[0034]4)微型信號(hào)發(fā)射器24將實(shí)時(shí)測(cè)量的油膜厚度數(shù)據(jù)發(fā)射到附近港口或工作船舶上的接收裝置，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)測(cè)量油膜厚度數(shù)據(jù)。
[0035]上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海上油膜厚度裝置，其特征在于:它包括數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)采集單元用于采集油膜厚度的電信號(hào)，并將其傳送給所述數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)處理單元用于將該電信號(hào)放大、濾波，且轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的油膜厚度，并傳送給遠(yuǎn)程的附近陸地或者工作船舶，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海面溢油的油膜厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的一種現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海上油膜厚度裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集單元包括測(cè)量浮子、鉑檢測(cè)電極、鋅檢測(cè)電極和電阻；所述測(cè)量浮子采用三角形結(jié)構(gòu)浮子，該三角形結(jié)構(gòu)浮子采用在三腳架的三個(gè)角上各自對(duì)應(yīng)設(shè)置一球形泡沫浮子；該三角架的中間設(shè)置一套筒，并在該套筒內(nèi)水平間隔相對(duì)設(shè)置兩個(gè)凸臺(tái)，一凸臺(tái)上連接所述鉑檢測(cè)電極的一端，另一凸臺(tái)上連接所述鋅檢測(cè)電極的一端；位于所述測(cè)量浮子同側(cè)的所述鉑檢測(cè)電極的另一端通過柔性導(dǎo)線連接所述電阻的一端，所述鋅檢測(cè)電極的另一端通過柔性導(dǎo)線連接所述電阻的另一端。
3.如權(quán)利要求2所述的一種現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海上油膜厚度裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理單元包括差分放大器、濾波電路、微處理器、微型信號(hào)發(fā)射器、處理浮子和密封保護(hù)殼；所述差分放大器的輸入端連接所述電阻的兩端，輸出端連接所述濾波電路，所述濾波電路電連接所述微處理器；所述微處理器輸出端連接所述微型信號(hào)發(fā)射器的輸入端；所述電阻、所述差分放大器、所述濾波電路、所述微處理器和所述微型信號(hào)發(fā)射器設(shè)置在所述處理浮子同一面的所述密封保護(hù)殼內(nèi)。
4.一種如權(quán)利要求1?3任意一項(xiàng)所述的現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海上油膜厚度裝置的測(cè)量海上油膜厚度的方法，其包括以下步驟: 1)將現(xiàn)場實(shí)時(shí)測(cè)量海上油膜厚度裝置拋設(shè)入存在溢油的海水中，測(cè)量浮子和處理浮子會(huì)使其漂浮在油膜上表面；測(cè)量浮子上穿設(shè)的鉑檢測(cè)電極和鋅檢測(cè)電極穿過油膜進(jìn)入海水中，鉑檢測(cè)電極和鋅檢測(cè)電極兩電極之間產(chǎn)生電勢(shì)差，使電子流動(dòng)產(chǎn)生電流； 2)回路中的電流經(jīng)電阻后其兩端電壓信號(hào)輸入差分放大器中，經(jīng)差分放大器放大后傳送給微處理器； 3)微處理器對(duì)輸入的放大信號(hào)進(jìn)行處理得到油膜厚度數(shù)據(jù)，并將油膜厚度數(shù)據(jù)發(fā)送個(gè)微型信號(hào)發(fā)射器； 4)微型信號(hào)發(fā)射器將實(shí)時(shí)測(cè)量的油膜厚度數(shù)據(jù)發(fā)射到附近港口或工作船舶上的接收裝置，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)測(cè)量油膜厚度數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01B7/06GK104482853SQ201410821782
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】王鵬程, 李珺, 宋永欣, 潘新祥 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)