專利名稱：利用表面反射對(duì)水面上的油進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用表面反射對(duì)水面上的油進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)的設(shè)備。
公知利用對(duì)油成分的鑒別實(shí)現(xiàn)對(duì)水污染的檢測(cè)，所述的油成分將造成環(huán)境的破壞、導(dǎo)致水變質(zhì)和氧交換過程的變化，并伴隨造成對(duì)水生物的有害影響。
這些技術(shù)可用于各種情況，例如對(duì)工廠廢水的監(jiān)測(cè)、旨在對(duì)機(jī)場(chǎng)區(qū)的沖洗水進(jìn)行調(diào)節(jié)和監(jiān)視的對(duì)水質(zhì)的監(jiān)控。
由于水和油所具有的比重不同，所以油類物質(zhì)大多分布在水的表面并且這將需要應(yīng)用對(duì)兩種物質(zhì)間界面進(jìn)行分析的方法。在有關(guān)廢水的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)(1999年5月11日生效的DLgsn°152)中明確地對(duì)“總碳?xì)浠衔铩钡膮?shù)作了規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定是以應(yīng)用分析方法為前提的，所述方法簡(jiǎn)單、敏捷、費(fèi)用低廉和可靠，還可以連續(xù)和自動(dòng)進(jìn)行。
用于對(duì)水面上的油進(jìn)行檢測(cè)的方法必須具有下述特性-可以對(duì)油的存在進(jìn)行頻繁和連續(xù)的迅速的檢測(cè)；-工作方法簡(jiǎn)單，因而可以可靠地適用于各種工廠；-不太易于受到環(huán)境的影響；-其敏感度足以實(shí)現(xiàn)對(duì)水面上薄油膜的檢測(cè)；-僅需有限的維護(hù)；-可以去除掉由存在的具有不同的特性的水表面成分(樹葉葉片、有機(jī)物殘?jiān)?衍生的虛假的干擾信號(hào)；-減少由于諸如水位和水表面的不平整和對(duì)日光的反射等因素造成的影響；-當(dāng)數(shù)值超過預(yù)置的門限時(shí)，可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)；目前應(yīng)用的對(duì)水面的油進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備和方法基本可以分為兩大類-利用反射實(shí)現(xiàn)被水面上油層反射的光線強(qiáng)度的變化的測(cè)量；
-利用熒光實(shí)現(xiàn)油層被相應(yīng)的波長(zhǎng)的光線激發(fā)而發(fā)出的熒光的測(cè)量。
在上述兩種情況下，設(shè)備都不與水面直接接觸。
通常對(duì)反射設(shè)備的應(yīng)用較為廣泛；由反射設(shè)備發(fā)出用于對(duì)油進(jìn)行檢測(cè)的光線可以垂直于水面并且其中設(shè)備設(shè)置在距水面固定距離的位置上，該距離可以從幾十厘米到幾米，或者設(shè)備也可以與同一水面形成除直角外的夾角并且這時(shí)大大受到水位的影響并且必須對(duì)特定的器件進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，以便對(duì)該缺點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。
針對(duì)上述已有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于提出一種利用表面反射對(duì)水面上的油進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)的設(shè)備，其中采用該設(shè)備可以避免上述的問題。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過采用一種用于對(duì)水面上的油進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)的設(shè)備得以實(shí)現(xiàn)，所述設(shè)備包括至少一個(gè)光源，該光源沿傾斜于所述水面的第一方向發(fā)出一特定波長(zhǎng)的光線；一個(gè)檢測(cè)器，所述檢測(cè)器配備有至少一個(gè)接收器件，所述接收器件的設(shè)置應(yīng)使其可以接收到被所述水面沿與第一方向?qū)ΨQ的第二方向反射的光線；一個(gè)對(duì)來自所述檢測(cè)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理的系統(tǒng)，其特征在于，所述光源和所述接收器件設(shè)置在位于浮子上的浮動(dòng)平臺(tái)上，從而使兩者與所述水面有一必要的固定距離。
下面將借助本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)加以詳細(xì)的說明，所述實(shí)施例在附圖中僅為舉例，不具有限定作用。圖中示出

圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種用于對(duì)油進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)的設(shè)備的示意圖；圖2為圖1所示設(shè)備的方框圖；圖3為圖1所示的生成和接收光波的設(shè)備的實(shí)施例的局部縱剖視圖；圖4為圖1所示實(shí)施例的變型的設(shè)備的部分的示意圖；和圖5為置放在平臺(tái)上的圖1所示設(shè)備的俯視圖。
圖1示出一種根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于對(duì)水面50上的油進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)的設(shè)備1。所述設(shè)備1包括一由光激發(fā)器2和檢測(cè)器3構(gòu)成的裝置100，所述裝置100利用浮體5設(shè)置在距水面恒定距離的平臺(tái)4(圖5)上，所述浮體依次設(shè)置在距測(cè)量點(diǎn)有充分距離位置處，以便不致改變樣品的物理特性。光激發(fā)器2發(fā)射一傾斜的光束，所述光束具有一定的波長(zhǎng)并在水面上被調(diào)角，所述水面根據(jù)空氣-油-水物質(zhì)的折射率以一定的比率對(duì)稱地對(duì)光線進(jìn)行反射，由檢測(cè)器3對(duì)光線進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)器對(duì)有關(guān)水面存在油的情況的不同的電信號(hào)形式的數(shù)據(jù)加以記錄并將其發(fā)送給圖2所示的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)6，所述系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)。
光激發(fā)器2由一激光二極管構(gòu)成，所述激光二極管可以以例如應(yīng)用波長(zhǎng)為670納米的方形波時(shí)的10Hz頻率，發(fā)射其直徑的數(shù)量級(jí)為毫米并且功率的數(shù)量級(jí)為毫瓦的光線。
在圖3中舉例清楚的示出的檢測(cè)器3包括光學(xué)器件，所述光學(xué)器件的設(shè)置與入射光線相關(guān)，從而甚至在入射角的變化大約為±14°時(shí)也可以檢測(cè)到被反射的光線。檢測(cè)器3包括一硅光電二極管10，該光電二極管對(duì)反射的光敏感并具有為100mm2的敏感區(qū)11，在反射光線的到達(dá)方向的該敏感區(qū)的前面有一濾除日光的器件，該器件具有兩個(gè)透鏡7和8和一干涉濾光片9，所述濾光片用于對(duì)日光進(jìn)行濾除并設(shè)置在兩個(gè)透鏡7和8之間，其直徑為50mm和其半最大值全寬(FWHM)為10nm。檢測(cè)器3還具有一個(gè)光學(xué)器件12，該器件可以用于防止在透鏡7或8上冷凝液的形成，例如該器件是如圖2所示的配備有一個(gè)恒溫器41的電阻40。
光電二極管10、透鏡7和8、濾光片9和光學(xué)器件12設(shè)置在機(jī)體13內(nèi)，所述機(jī)體通過法蘭14與中心機(jī)體15連接；激光二極管2通過一法蘭16與同一中心機(jī)體連接。裝置100設(shè)置在一中空的圓柱體17內(nèi)，該圓柱體具有一個(gè)罩蓋件18，以防止大氣物質(zhì)的進(jìn)入。激光二極管2和檢測(cè)器3的設(shè)計(jì)功能是通過與平臺(tái)4的夾角不是90°，例如是30°實(shí)現(xiàn)的。
數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)6包括有一個(gè)采集卡20，該卡設(shè)置在用于計(jì)算機(jī)22進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口21的內(nèi)部。所述計(jì)算機(jī)包括有一個(gè)用于對(duì)來自接口21的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的系統(tǒng)23和用于顯示經(jīng)處理的數(shù)據(jù)的顯示器24?？?0對(duì)來自檢測(cè)器3的并通過115Hz的低通濾波器25的模擬信號(hào)進(jìn)行采集并將模擬信號(hào)發(fā)送給激光二極管2，以便對(duì)調(diào)制進(jìn)行控制。
接口21還包括一直流電源31和32，例如31的電壓為15伏和-15伏，32的電壓為24伏，以便實(shí)現(xiàn)用電源31對(duì)激光二極管2和檢測(cè)器3的供電，用電源32對(duì)電阻40供電。由同軸電纜連接器(BNC)和多極連接器對(duì)接口21和裝置100進(jìn)行連接。
設(shè)備1還包括一聲響、發(fā)光或電子報(bào)警器，所述報(bào)警器設(shè)置在計(jì)算機(jī)22內(nèi)并且可與可能有的過程控制系統(tǒng)接口；當(dāng)檢測(cè)出的一個(gè)數(shù)據(jù)值超過預(yù)定的門限時(shí)，該報(bào)警器將被激活。
平臺(tái)4由低反射材料構(gòu)成并且其尺寸的大小應(yīng)足以實(shí)現(xiàn)避免日光干擾的對(duì)檢測(cè)器3的屏蔽。
本發(fā)明的設(shè)備1可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水面上的其最小理論厚度為10nm的油的檢測(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的改型，為改善測(cè)量質(zhì)量，通過設(shè)置n個(gè)測(cè)量點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)區(qū)的擴(kuò)展。在此情況時(shí)，不管是對(duì)光信號(hào)的激發(fā)，還是對(duì)光信號(hào)的接收時(shí)的傳輸都是應(yīng)用光纖進(jìn)行的，但對(duì)信號(hào)的處理過程與第一實(shí)施例的過程相同。設(shè)備1可以是如圖4所示的另一種設(shè)備200，其中激光二極管2與一光開關(guān)201連接，所述開關(guān)具有一個(gè)輸入端和n個(gè)輸出端，所述n個(gè)輸出端可以使激光束被順序傳入n個(gè)光纖300，所述光纖的另一端接在相應(yīng)的透鏡上。檢測(cè)器3由一個(gè)單獨(dú)的光電二極管10構(gòu)成，該光電二極管與n個(gè)接收光纖600連接，或者也可以由n個(gè)光電二極管10構(gòu)成，所述n個(gè)光電二極管替代n根光纖600。在任何情況下，檢測(cè)器3都與上述的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)6連接。采用所述設(shè)備200可以在不同的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)，從而可以對(duì)水的污染程度進(jìn)行更為準(zhǔn)確的確定。另外，僅有光纖300和600的端在懸浮平臺(tái)4上并且精確地設(shè)置在沿平臺(tái)的方孔的支座401上，因而光電器件可與測(cè)量點(diǎn)分開。門限信號(hào)的超過是建立在對(duì)n個(gè)來自n根光纖600的信號(hào)與按照預(yù)置的標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)門限值的比較的基礎(chǔ)上的。其報(bào)警方法與上面所述的方法相同。
n根光纖300優(yōu)選為多模光纖并且在上述本發(fā)明實(shí)施例的變型方案中的檢測(cè)器3的光電二極管10的敏感區(qū)11的數(shù)量級(jí)為100mm2。
利用本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例的設(shè)備1可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果如下具有對(duì)油進(jìn)行檢測(cè)的充分的敏感度，甚至油以在肉眼可見的油彩虹相同的規(guī)模級(jí)的很薄的層形式存在時(shí)，也是如此，從而解決了由對(duì)可能的水面油污染現(xiàn)象的觀測(cè)引發(fā)的爭(zhēng)論，其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固并且整體不受環(huán)境條件的影響，適用于在極端條件下使用，
通過平臺(tái)與對(duì)可能的油溢出流不會(huì)造成影響的浮體的連接，從而不會(huì)受到水位變化的影響，并不會(huì)由于其它浮游物的存在必須進(jìn)行校準(zhǔn)和主動(dòng)干涉，由于使用的是非復(fù)雜的但仍能保證預(yù)期的性能的器件，因而可以實(shí)現(xiàn)安全和可靠的測(cè)量和低的成本，由于采用的是非接觸性的測(cè)量方法和具有電阻-加熱器件，因而不會(huì)對(duì)光學(xué)部分上造成污染并且也不會(huì)在其表面上形成冷凝。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)水面(50)上的油進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)的設(shè)備，包括至少一個(gè)光源(2；2、300)，所述光源向傾斜于水面(50)的第一方向發(fā)送特定波長(zhǎng)的光線；一個(gè)檢測(cè)器(3)，所述檢測(cè)器配備有至少一個(gè)接收器件(3；3、600)，所述接收器件的設(shè)置應(yīng)使其可以接收到被所述水面(50)沿與第一方向?qū)ΨQ的第二方向反射的光線；一個(gè)對(duì)來自檢測(cè)器(3)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理的系統(tǒng)(6)，其特征在于，所述光源(2；2、300)和所述接收器件(3；3、600)設(shè)置在位于浮體(5)上的浮動(dòng)平臺(tái)(4)上，使兩者與所述水面(50)有一必要的固定距離。
2.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)光源(2)是一個(gè)設(shè)置在所述平臺(tái)(4)上的激光二極管。
3.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)光源(2、300)是由n根光纖(300)構(gòu)成的，所述光纖的輸入端與平臺(tái)(4)外部的激光二極管(2)連接并且其輸出端固定在平臺(tái)(4)上。
4.按照權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，n根光纖的所述輸入端通過光開關(guān)(201)與所述激光二極管(2)連接。
5.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)接收器件(3)是一個(gè)設(shè)置在所述平臺(tái)(4)上的光電二極管(10)。
6.按照權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述檢測(cè)器(3)包括一光學(xué)器件，所述光學(xué)器件在反射光線的到達(dá)方向前置于所述光電二極管(10)，所述光學(xué)器件由一個(gè)干涉濾光片(9)構(gòu)成，所述濾光片設(shè)置在兩個(gè)聚焦透鏡(7、8)之間，所述濾光片(9)的作用在于濾除掉日光。
7.按照權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，檢測(cè)器(3)包括一個(gè)電阻-加熱器(12)，該電阻-加熱器用于避免在所述聚焦透鏡(7、8)上形成冷凝。
8.按照權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述光電二極管(10)具有一個(gè)敏感區(qū)(11)，所述敏感區(qū)基本等于100mm2。
9.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)接收器件(3、600)是由n根光纖(600)構(gòu)成，光纖的輸出端與至少一個(gè)在平臺(tái)外的光電二極管(10)連接并且光纖的輸入端固定在平臺(tái)(4)上。
10.按照權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，n根光纖(600)的所述的輸出端與單獨(dú)一個(gè)光電二極管(10)連接。
11.按照權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)接收器件(3、600)由n個(gè)光電二極管(10)構(gòu)成。
12.按照權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)光電二極管(10)具有數(shù)量級(jí)為100mm2的敏感區(qū)(11)。
13.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(6)包括一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)(60)，當(dāng)來自檢測(cè)器(3)的一個(gè)所述數(shù)據(jù)的值超過預(yù)置門限時(shí)，報(bào)警器被激活。
14.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述浮體(5)的設(shè)置應(yīng)不致造成對(duì)水和被檢測(cè)的溢出的油的自然流的障礙。
15.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述平臺(tái)(4)由低反射的材料構(gòu)成并且其大小應(yīng)足以構(gòu)成對(duì)檢測(cè)器(3)避免受到日光影響的屏蔽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)水面上的油進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)的設(shè)備,包括:一個(gè)光源,所述光源沿傾斜于水面的第一方向發(fā)送一特定波長(zhǎng)的光線;一個(gè)檢測(cè)器,所述檢測(cè)器配備有至少一個(gè)接收器件,所述接收器件的設(shè)置應(yīng)使其可以接收到被水面沿與第一方向?qū)ΨQ的第二方向反射的光線;一個(gè)對(duì)來自檢測(cè)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理的系統(tǒng)。光源和接收器件設(shè)置在位于浮體上的浮動(dòng)平臺(tái)上,從而使其與水面存在一基本固定的距離。
文檔編號(hào)G01N21/15GK1326097SQ01118300
公開日2001年12月12日 申請(qǐng)日期2001年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月31日
發(fā)明者伊莎貝拉·卡雷爾, 瓦爾特·馬丁諾蒂 申請(qǐng)人:意大利吉亞辛托·莫塔電工實(shí)驗(yàn)中心股份公司(Cesi)