專利名稱：一種海測(cè)船載海域油污染容積的在線測(cè)量傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微光電子傳感技術(shù)的兩種互不溶解的液體的體積比測(cè)量，特別涉及一
種海測(cè)船載海域油污染容積的在線測(cè)量傳感裝置。
背景技術(shù)：
將海域油污染的危害降低到最小程度，必須改進(jìn)監(jiān)測(cè)設(shè)備和提高管理水平， 一旦 發(fā)生石油污染事件，立即啟動(dòng)探測(cè)設(shè)備進(jìn)行定量檢測(cè)，為應(yīng)急方案提供精確的數(shù)據(jù)，近年 來，我國(guó)海岸飽受船舶溢油污染之害，由于缺乏完善的油污染賠償機(jī)制，海域被污染后經(jīng)常 處于無量化索賠的尷尬境地，海事部門急需測(cè)定海洋石油污染容積的裝備，作為《海域油污 染賠償國(guó)際法規(guī)》量化賠償和處理的依據(jù)。國(guó)內(nèi)對(duì)海洋油污染主要采用現(xiàn)代近紅外光譜 (NIR)分析技術(shù)，對(duì)溢油進(jìn)行鑒別，運(yùn)用模式識(shí)別等信息處理技術(shù)，計(jì)算其定量值，在線探測(cè) 程度低，國(guó)外對(duì)海洋油污染探測(cè)近十年主要集中在以高端微波雷達(dá)測(cè)量其污染的油膜厚度 的研究，以此原理構(gòu)成的探測(cè)裝備成本很高。采取衛(wèi)星遙測(cè)評(píng)估計(jì)算污染面積準(zhǔn)確度和精 度低。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種海測(cè)船載海域油污染容積的在線測(cè)量傳 感裝置。是一種其成本低和啟動(dòng)及時(shí)等特點(diǎn)可以安裝在各類型海測(cè)船上進(jìn)行船載海域油污 染的容積探測(cè)系統(tǒng)，相對(duì)于航空遙測(cè)，精確度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 本發(fā)明的技術(shù)方案是 —種海測(cè)船載海域油污染容積的在線測(cè)量傳感裝置，其特征在于 微波波源連接耦合器，函數(shù)發(fā)生器連接耦合器，耦合器連接阻抗匹配器；阻抗匹配 器連接衰減器；衰減器連接波導(dǎo)腔，波導(dǎo)腔中有介質(zhì)倉(cāng)；波導(dǎo)腔內(nèi)有測(cè)量線，測(cè)量線由可控 數(shù)字游標(biāo)控制的4個(gè)光子晶體探針組成；其介質(zhì)倉(cāng)下端部有瀉液閥；由微波波源、耦合器、 函數(shù)發(fā)生器、阻抗匹配器、衰減器、波導(dǎo)腔中的介質(zhì)倉(cāng)組成伸縮臂；波導(dǎo)腔內(nèi)的4個(gè)光子晶 體探針連接數(shù)字駐波比測(cè)量計(jì)算系統(tǒng)；數(shù)字駐波比測(cè)量計(jì)算系統(tǒng)連接系統(tǒng)控制器；系統(tǒng)控 制器控制4個(gè)光子晶體探針的可控?cái)?shù)字游標(biāo)。 其系統(tǒng)控制器為AM系列的嵌入系統(tǒng)。 由微波波源、耦合器、函數(shù)發(fā)生器、阻抗匹配器、衰減器、波導(dǎo)腔和波導(dǎo)腔中的介質(zhì) 倉(cāng)組成的伸縮臂放置在r型測(cè)量管的豎直管內(nèi)，豎直管內(nèi)有可伸縮臂的齒條，伸縮臂外有
與可伸縮臂的齒條配合的可控齒輪。 本發(fā)明效果是 本發(fā)明提出一種以光子晶體探針的駐波比測(cè)量原理探測(cè)已知測(cè)試面元的海域油 污染的體積比d新型的在線介質(zhì)傳感器系統(tǒng)，以該系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行船載海域油污染的容積的 探測(cè)，因其成本低和啟動(dòng)及時(shí)的特點(diǎn)、可以在各類型海測(cè)船上安裝，以光子晶體探針的駐波 比測(cè)量為原理檢測(cè)已知測(cè)試元面積的海域油污染油水體積比的在線介質(zhì)傳感器系統(tǒng)相對(duì)于航空遙測(cè)，精確度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
圖1是海域油污染測(cè)量的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2是海域油污染測(cè)量系統(tǒng)的r型測(cè)量管內(nèi)的內(nèi)部駐波介質(zhì)傳感器示意圖 圖中1微波波源，2.耦合器，3.阻抗匹配器，4衰減器，5.波導(dǎo)腔，6.波導(dǎo)腔中的 測(cè)量線可控?cái)?shù)字游標(biāo)，7.波導(dǎo)腔中的介質(zhì)倉(cāng)，8.瀉液閥，9.光子晶體探針，IO. r型測(cè)量管 外殼，ll.信號(hào)線纜，12.可伸縮臂的齒條，13伸縮臂，14可控齒輪
具體實(shí)施方式如圖1、2所示本發(fā)明一種海測(cè)船載海域油污染容積的在線測(cè)量傳感裝置，組成如 下 微波波源連接耦合器，函數(shù)發(fā)生器連接耦合器，耦合器連接阻抗匹配器；阻抗匹配 器連接衰減器；衰減器連接波導(dǎo)腔，波導(dǎo)腔中有介質(zhì)倉(cāng)；波導(dǎo)腔內(nèi)有測(cè)量線，測(cè)量線由可控 數(shù)字游標(biāo)控制的4個(gè)光子晶體探針組成；其介質(zhì)倉(cāng)下端部有瀉液閥；由微波波源、耦合器、 函數(shù)發(fā)生器、阻抗匹配器、衰減器、波導(dǎo)腔中的介質(zhì)倉(cāng)組成伸縮臂；波導(dǎo)腔內(nèi)的4個(gè)光子晶 體探針連接數(shù)字駐波比測(cè)量計(jì)算系統(tǒng)；數(shù)字駐波比測(cè)量計(jì)算系統(tǒng)連接系統(tǒng)控制器；系統(tǒng)控 制器控制4個(gè)光子晶體探針的可控?cái)?shù)字游標(biāo)。其中系統(tǒng)控制器為AM系列的嵌入系統(tǒng)。 如圖2上述的微波波源、耦合器、函數(shù)發(fā)生器、阻抗匹配器、衰減器、波導(dǎo)腔和波導(dǎo) 腔中的介質(zhì)倉(cāng)組成的為伸縮臂。伸縮臂放置在r型測(cè)量管的豎直管內(nèi)，豎直管內(nèi)有可伸縮 臂的齒條，伸縮臂外有與可伸縮臂的齒條配合的可控齒輪。信號(hào)線纜包括4個(gè)光子晶體探 針的測(cè)量線和微波波源電源線。 —種海測(cè)船載海域油污染容積的在線測(cè)量傳感系統(tǒng)的測(cè)量方法控制伸縮臂的可 控齒輪，使r型測(cè)量管內(nèi)的伸縮臂探進(jìn)海面，伸縮臂內(nèi)的介質(zhì)倉(cāng)獲取海域油污測(cè)試樣品； 微波波源發(fā)出的微波經(jīng)耦合器和函數(shù)發(fā)生器調(diào)制成帶有載波的微波，帶有載波的微波經(jīng)阻 抗匹配器和衰減器到達(dá)波導(dǎo)腔和波導(dǎo)腔中的介質(zhì)倉(cāng)，帶有載波的微波經(jīng)介質(zhì)的測(cè)試樣品反 射；這時(shí)微波入射波和反射波產(chǎn)生的駐波，再豎直移動(dòng)波導(dǎo)腔內(nèi)的可控?cái)?shù)字游標(biāo)，由可控?cái)?shù) 字游標(biāo)上的4個(gè)光子晶體探針獲取微波入射波和反射波產(chǎn)生的駐波的極大值和極小值，再 經(jīng)駐波比測(cè)量計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)而實(shí)時(shí)計(jì)算其海域油污染已知探測(cè)面元的單位油海水的體積比 d，并與測(cè)量油污染面積m的乘積得出海域油污染的體積V。
其中 4個(gè)光子晶體探針為抗氧化的、增益高的硅材料制成。 其中的元器件，如下部分元器件為天津維普泰克科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)銷售的 型號(hào)產(chǎn)品波源WP1801、耦合器WP2802、函數(shù)發(fā)生器5G8038、阻抗匹配器WP3801、衰減器 WP3904 ;測(cè)量線WP4001、可控?cái)?shù)字游標(biāo)WP3802、抗氧化的和增益高的4個(gè)光子晶體探針 WP101G。 本發(fā)明系統(tǒng)的操作方法 通常駐波的測(cè)量是測(cè)量射頻元件的參數(shù)手段，考慮到在一個(gè)有限的長(zhǎng)度的媒質(zhì) 中，沿長(zhǎng)度方向的傳播的入射波和檢測(cè)媒質(zhì)(介質(zhì))的反射波肯定形成一個(gè)駐波，但是沿長(zhǎng)度方向的傳播的入射波和檢測(cè)媒質(zhì)(介質(zhì))的反射波振幅是很難完全相等的。在媒質(zhì)的端 點(diǎn)，與第二媒質(zhì)交界處入射波的能流變成部分透入介質(zhì)的透射波能流，所以反射波的能流 比入射波為小，振幅也比入射波為小，這樣形成的相向進(jìn)行的、振幅不同的相干波的疊加， 也定義為駐波。那末，在兩個(gè)媒質(zhì)的分界處究竟出現(xiàn)波節(jié)還是波腹，這就取決兩種媒質(zhì)的相 關(guān)性質(zhì)。可以證明的是，當(dāng)波從波疏媒質(zhì)傳播到波密媒質(zhì)而在分界處反射時(shí)，反射點(diǎn)將出現(xiàn) 位移振幅的最小值，也就是出現(xiàn)了波節(jié)，要在分界處出現(xiàn)波節(jié)，必須入射波和反射波在分界 處周相位相反，并在同一波形上，相距半個(gè)波長(zhǎng)的兩點(diǎn)相位相反，在反射時(shí)引起的周期相反 (丌的突變)這種現(xiàn)象稱為半波損失，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同的介質(zhì)(待測(cè)介質(zhì))和含量(待測(cè)
介質(zhì))對(duì)于入射波與反射波在波導(dǎo)腔形成半波損失不同，形成的駐波比p-^L不同，這是
廣 F
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因?yàn)樵诓ǖ膫鬏斁€中(傳輸線長(zhǎng)度等于1/4波長(zhǎng)的兩端)有AC/,24^1 = 24r 萬i + z2
i + |r| 進(jìn)一步，戶-jrjfl， 因此本發(fā)明設(shè)計(jì)了合適的波導(dǎo)腔，將待測(cè)介質(zhì)放到合適的位置構(gòu)成的介質(zhì)傳感 器，精細(xì)測(cè)量待測(cè)介質(zhì)反射的駐波比，因待測(cè)介質(zhì)和待測(cè)介質(zhì)含量的反射波的半波損失不 同，其駐波比存在著精細(xì)差異，這個(gè)精細(xì)差異通過多個(gè)光子晶體探頭的設(shè)計(jì)和高精度的數(shù) 字系統(tǒng)是完全可以區(qū)分開的，達(dá)到介質(zhì)和介質(zhì)含量檢測(cè)的目的。駐波比測(cè)量原理作為一個(gè) 介質(zhì)傳感器的本質(zhì)為一個(gè)自相干測(cè)量，而相干檢測(cè)較之時(shí)域的對(duì)于介質(zhì)和介質(zhì)的含量的檢 測(cè)是一個(gè)更為靈敏的檢測(cè)。 其駐波比測(cè)量計(jì)算系統(tǒng)是由帶有上述介質(zhì)不同的介質(zhì)(待測(cè)介質(zhì))和含量(待測(cè) 介質(zhì))的計(jì)算方法的計(jì)算機(jī)中將計(jì)算出油污染含量，進(jìn)而計(jì)算出探測(cè)面元的單位油海水的 體積比d，并與測(cè)量油污染面積m的乘積得出海域油污染的體積V。系統(tǒng)控制器就是一般的 控制器。 將上述原理作為一種新型的海域油污染容積的探測(cè)系統(tǒng)是本發(fā)明的重點(diǎn)。
權(quán)利要求一種海測(cè)船載海域油污染容積的在線測(cè)量傳感裝置，其特征在于微波波源連接耦合器，函數(shù)發(fā)生器連接耦合器，耦合器連接阻抗匹配器；阻抗匹配器連接衰減器；衰減器連接波導(dǎo)腔，波導(dǎo)腔中有介質(zhì)倉(cāng)；波導(dǎo)腔內(nèi)有測(cè)量線，測(cè)量線由可控?cái)?shù)字游標(biāo)控制的4個(gè)光子晶體探針組成；其介質(zhì)倉(cāng)下端部有瀉液閥；由微波波源、耦合器、函數(shù)發(fā)生器、阻抗匹配器、衰減器、波導(dǎo)腔中的介質(zhì)倉(cāng)組成伸縮臂；波導(dǎo)腔內(nèi)的4個(gè)光子晶體探針連接數(shù)字駐波比測(cè)量計(jì)算系統(tǒng)；數(shù)字駐波比測(cè)量計(jì)算系統(tǒng)連接系統(tǒng)控制器；系統(tǒng)控制器控制4個(gè)光子晶體探針的可控?cái)?shù)字游標(biāo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海測(cè)船載海域油污染容積的在線測(cè)量傳感裝置，其特征在于其系統(tǒng)控制器為AM系列的嵌入系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海測(cè)船載海域油污染容積的在線測(cè)量傳感裝置，其特征在于由微波波源、耦合器、函數(shù)發(fā)生器、阻抗匹配器、衰減器、波導(dǎo)腔和波導(dǎo)腔中的介質(zhì)倉(cāng)組成的伸縮臂放置在r型測(cè)量管的豎直管內(nèi)，豎直管內(nèi)有可伸縮臂的齒條，伸縮臂外有與可伸縮臂的齒條配合的可控齒輪。
專利摘要一種海測(cè)船載海域油污染容積的在線測(cè)量傳感裝置，微波波源依次連接耦合器、阻抗匹配器、衰減器、波導(dǎo)腔、及波導(dǎo)腔中的介質(zhì)倉(cāng)；函數(shù)發(fā)生器連接耦合器；波導(dǎo)腔內(nèi)的測(cè)量線由可控?cái)?shù)字游標(biāo)控制和其上的4個(gè)光子晶體探針組成；介質(zhì)倉(cāng)下端有瀉液閥；由微波波源、耦合器、函數(shù)發(fā)生器、阻抗匹配器、衰減器、波導(dǎo)腔和介質(zhì)倉(cāng)組成伸縮臂；4個(gè)光子晶體探針連接數(shù)字駐波比測(cè)量計(jì)算系統(tǒng)；數(shù)字駐波比測(cè)量計(jì)算系統(tǒng)連接系統(tǒng)控制器；系統(tǒng)控制器可控?cái)?shù)字游標(biāo)。其特點(diǎn)成本低和啟動(dòng)及時(shí)，可以在各類型海測(cè)船上安裝，以光子晶體探針的駐波比測(cè)量為原理檢測(cè)已知測(cè)試元面積的海域油污染油水體積比的在線介質(zhì)傳感器系統(tǒng)相對(duì)于航空遙測(cè)，精確度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
文檔編號(hào)G01R27/06GK201463976SQ20092009808
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者常勝江, 張福海, 李國(guó)峰, 王平, 賈輝軍, 郭澎, 陳平, 馬玉祥, 馬魁軍 申請(qǐng)人:天津維普泰克科技發(fā)展有限公司