水面油膜监测装置及方法与流程

测量装置的制造及其应用技术1.本技术涉及光电探测技术领域，特别是涉及一种应用于钻井平台的水面油膜监测装置及方法。背景技术：2.随着经济的发展和技术的提高，人类对石油的需求量也在不断增加，作为在地球大部分面积的海洋，也是人类开采石油的重点区域。但是，随着海洋石油的开发、海上运输石油量的增加，海洋环境受溢油污染的可能性也大大增加，基本每年都有石油或成品油运输船舶泄露和碰撞、海上石油钻井平台泄露等导致的海洋环境严重污染数据；3.随着科学技术的发展，目前港口码头已基本通过光学遥感技术实现了水面溢油监测的全天候24h监测，但海上钻井平台受制于潮差大、距离远等困难，一直是全天候水面溢油监测的难点区域。技术实现要素：4.本技术实施例提供了一种应用于钻井平台上的水面油膜监测装置及方法，以实现更远垂直距离的水面快速检测，实现及时发现水面溢油事故并提醒现场作业人员第一时间处理，减小对环境的破坏。5.第一方面，本技术实施例提供了一种水面油膜监测装置，应用于钻井平台，包括装置主体，所述装置主体内部包括：6.多个激发光单元，用于发射预设波段的紫外光，多个激发光单元同步使用，弥补了单个紫外光源功率强度的缺陷。7.荧光接收单元，用于接收荧光信号并转换为荧光电信号；8.信号处理单元，电性连接所述激发光单元、荧光接收单元，所述信号处理单元用于同步驱动多个所述激发光单元和/或接收所述荧光电信号并经滤波处理、放大处理、模数转换、解调处理输出荧光光谱信号，具体的，所述信号处理单元利用pwm脉冲同步驱动多个所述激发光单元，以通过调制信号控制所述激发光单元输出的紫外光强度；9.测距单元，用于测量所述装置主体距离水面的垂直距离并输出距离信息；10.数据采集传输单元，电性连接所述激发光单元、荧光接收单元、信号处理单元及测距单元，所述数据采集传输单元根据所述荧光光谱信号及距离信息进行判断后输出报警信号。具体的，所述数据采集传输单元基于所述光谱信号判断紫外荧光强度，根据该紫外荧光强度判断是否存在油污；由于所述荧光光谱信号的强度与水面的干净程度、所述距离信息均相关，因此本技术实施例同时通过距离信息修正该判断结果，以排除水面垃圾等异物的干扰，提高现场监测灵敏性和准确性。11.在其中一些实施例中，多个所述激发光单元基于一光源固定面对称均匀分布，所述光源均处于同一平面，保证光源强度；所述荧光接收单元固定设置于多个所述激发光单元的几何中心处，所述荧光接收单元的接收区域被所述激发光单元覆盖，以最大化利用所述荧光接收单元的接收能力。12.在其中一些实施例中，所述荧光接收单元进一步包括：沿荧光光路依次设置的荧光透镜、荧光滤光片及探测器，荧光信号经所述荧光透镜汇聚后经所述荧光滤光片到达所述探测器，通过所述探测器转换为荧光电信号。13.在其中一些实施例中，所述信号处理单元包括：滤波电路、运放电路、模拟/数字转换电路、调制解调电路，所述数据采集传输单元根据所述距离信息调整所述运放电路的放大倍数，以获取该距离范围内的最佳检测灵敏度。14.在其中一些实施例中，所述激发光单元通过光源固定板设置于所述装置主体内，通过微调所述光源固定板使多个所述激发光单元输出的光束交汇于一预设位置，且交汇后所述光束的光斑直径最小。15.在其中一些实施例中，所述探测器通过安装底板设置于所述装置主体内，且所述安装底板与所述光源固定板设置于同一平面。16.在其中一些实施例中，所述预设位置为所述装置主体的安装位置距离水面的高度变化差△h的二分之一处，该位置与所述安装位置的垂直距离设为h。17.在其中一些实施例中，所述探测器的焦距通过固定垫片微调。18.在其中一些实施例中，还包括一图像采集单元，电性连接所述数据采集传输单元，所述图像采集单元用于拍摄获取所述目标区域的图像数据，该图像采集单元为现场监测留存事故现场最直接的照片佐证。19.第二方面，本技术实施例提供了一种水面油膜监测方法，基于如上第一方面所述的水面油膜监测装置，包括：20.紫外光发射步骤，同步启动并调制多个所述激发光单元发射预设波段的紫外光至所述目标区域水面；21.荧光接收步骤，通过所述荧光接收单元接收荧光信号并输出为荧光电信号，所述荧光电信号经所述信号处理单元处理输出为荧光光谱信号；22.距离信息获取步骤，通过所述测距单元读取所述距离信息；23.水面溢油预警步骤，根据所述荧光光谱信号、所述距离信息判断水面是否有溢油出现并输出预警信号。24.在其中一些实施例中，本技术实施例的水面油膜监测方法还包括：图像数据获取步骤，当所述水面溢油预警步骤输出所述预警信号时，启动所述图像采集单元拍摄获取所述目标区域的图像数据并存储。25.在其中一些实施例中，所述数据采集传输单元预存有不同油品在不同高度下的荧光强度、常规塑料垃圾的荧光强度，以结合所述荧光光谱信号及所述距离信息判断水面是否有溢油，以有效实现钻井平台水面溢油事故监测报警，提高现场监测灵敏性和准确性。26.相比于相关技术，本技术实施例提供的水面油膜监测装置及方法，通过增强激发光单元光强度，实现了更远垂直距离的水面油膜快速监测技术，全天候进行水面溢油监测，可以及时发现海上石油钻井平台上的水面溢油事故，提醒现场作业人员第一时间处理，以便于减小对环境的破坏。27.本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。附图说明28.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：29.图1是根据本技术实施例的水面油膜监测装置的结构框图；30.图2是根据本技术实施例的水面油膜监测装置的结构示意图；31.图3是根据本技术实施例的水面油膜监测装置的仰视结构示意图；32.图4是根据本技术实施例的水面油膜监测装置的侧视结构示意图；33.图5是根据本技术实施例的水面油膜监测装置的剖视图a-a；34.图6是根据本技术实施例的水面油膜监测装置的剖视图b-b；35.图7是根据本技术实施例的水面油膜监测方法的流程图。36.图中：37.1、激发光单元；2、荧光接收单元；3、信号处理单元；38.4、数据采集传输单元；5、测距单元；6、图像采集单元；7、装置主体；39.11、光源；12、光源滤光片；13、光源透镜；40.21、荧光透镜；22、荧光滤光片；23、探测器。具体实施方式41.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。42.显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本技术公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本技术揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本技术公开的内容不充分。43.在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。44.除非另作定义，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应当为本技术所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本技术所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本技术所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本技术所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本技术所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。45.钻井平台是主要用于钻探井的海上结构物，平台上装有钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发不可缺少的手段。为了及时发现钻井平台的水面溢油事故，本技术实施例提供了一种应用于钻井平台的水面油膜监测装置，图1-6是根据本技术实施例的水面油膜监测装置的结构示意图，如图6所示，该装置包括装置主体7，可选的，装置主体7采用一体化加工成型的圆柱体铝合金结构，装置主体7内部包括：46.多个激发光单元1，用于发射预设波段的紫外光；具体的，激发光单元1包括：光源11、光源滤光片12及光源透镜13；多个激发光单元1同步使用，弥补了单个紫外光源功率强度的缺陷。可选的，本技术实施例的激发光单元1设置为六个，六个激发光单元1同步使用，弥补了单个激发光单元1功率强度的短板，举例而非限制，现有的监测装置采用单个激发光单元1实现365nm波段紫外光强度无法达到20w以上，而本技术实施例的强度可以达到100w以上；47.荧光接收单元2，用于接收荧光信号并转换为荧光电信号；具体的，荧光接收单元2进一步包括：沿荧光光路依次设置的荧光透镜21、荧光滤光片22及探测器23，荧光信号经荧光透镜21汇聚后经荧光滤光片22到达探测器23，通过探测器23转换为荧光电信号。可选的，探测器23为光电二极管探测器。48.信号处理单元3，电性连接激发光单元1、荧光接收单元2，信号处理单元3用于同步驱动多个激发光单元1和/或接收荧光电信号并经滤波处理、放大处理、模数转换、解调处理输出荧光光谱信号，具体的，信号处理单元3利用pwm脉冲调制信号同步驱动多个激发光单元1，以通过调制信号控制激发光单元1输出的紫外光强度；可选的，信号处理单元3至少包括：滤波电路、运放电路、模拟/数字转换电路、调制解调电路，数据采集传输单元4可根据距离信息调整运放电路的放大倍数，以获取该距离范围内的最佳检测灵敏度。49.测距单元5，用于测量装置主体7距离水面的垂直距离并输出距离信息，可选的，测距单元5为雷达检测模块；及50.数据采集传输单元4，电性连接激发光单元1、荧光接收单元2、信号处理单元3及测距单元5，数据采集传输单元4根据荧光光谱信号及距离信息进行判断后输出报警信号。具体的，数据采集传输单元4基于光谱信号判断紫外荧光强度，根据该紫外荧光强度判断是否存在油污；由于荧光光谱信号的强度与水面的干净程度、距离信息均相关，因此本技术实施例同时通过距离信息修正该判断结果，以排除水面垃圾等异物的干扰，提高现场监测灵敏性和准确性。51.图像采集单元6，电性连接数据采集传输单元4，图像采集单元6用于拍摄获取目标区域的图像数据。该图像采集单元6为现场监测留存事故现场最直接的照片佐证。52.基于上述结构的水面油膜监测装置，应用于钻井平台，当水面上存在石油类物质时，石油类及其衍生品物质中的芳香烃类成分受到紫外光照射会激发出特定波长的紫外荧光，如采用365nm紫外光照射石油及其衍生品类物质时，内部的芳香烃受到365nm波段紫外光的激发，产生420-550nm波段的荧光；荧光接收单元2对紫外荧光进行光电转换，本技术实施例通过增强激发光单元1光强度，实现了更远垂直距离的水面油膜快速监测技术，全天候进行水面溢油监测，可以及时发现海上石油钻井平台上的水面溢油事故，提醒现场作业人员第一时间处理，以便于减小对环境的破坏。另外，当值班人员收到装置报警信息后，可首先通过图像数据初步判断装置下方水面是否存在大面积油污，以此判断报警原因是溢油事故、零星油花、装置误报警等哪种因素引起的，从而避免不必要的报警处理成本53.如图3、4所示，多个激发光单元1基于一光源固定面对称均匀分布，光源均处于同一平面，保证光源强度；为了使荧光接收单元2能够接收更多的荧光，荧光接收单元2固定设置于多个激发光单元1的几何中心处，探测器23通过安装底板设置于装置主体7内，且安装底板与光源固定板设置于同一平面，基于此，荧光接收单元2的接收区域被激发光单元1覆盖，以最大化利用荧光接收单元2的接收能力。具体安装使用时，探测器23的焦距通过固定垫片微调。54.进一步的，激发光单元1通过光源固定板设置于装置主体7内，通过微调光源固定板使多个激发光单元1输出的光束交汇于一预设位置，且交汇后光束的光斑直径最小，以保证的发光强度。预设位置具体为装置主体7的安装位置距离水面的高度变化差△h的二分之一处，该位置与安装位置的垂直距离设为h。本技术实施例的六个激发光单元1固定在装置主体7上后可输出六束平行光，在装置安装到现场前，预先确认预设安装位置距离水面的高度变化差△h，从而得到该高度变化差的中心点距离本装置的垂直距离h，装配使用该装置时，预先对光源固定板进行上述调整。55.本技术实施例还提供了一种水面油膜监测方法。图7是根据本技术实施例的水面油膜监测方法的流程图，如图7所示，该流程包括如下步骤：56.紫外光发射步骤s1，同步启动并调制多个激发光单元1发射预设波段的紫外光至目标区域水面；57.荧光接收步骤s2，通过荧光接收单元2接收荧光信号并输出为荧光电信号，荧光电信号经信号处理单元3处理输出为荧光光谱信号；58.距离信息获取步骤s3，通过测距单元5读取距离信息；59.水面溢油预警步骤s4，根据荧光光谱信号、距离信息判断水面是否有溢油出现并输出预警信号。具体的，考虑到石油、成品油与塑料制品在同一高度、不同高度时，使用紫外光照射产生的荧光信号强度不同，数据采集传输单元4预存有不同油品在不同高度下的荧光强度、常规塑料垃圾的荧光强度，以结合荧光光谱信号及距离信息判断水面是否有溢油，以有效实现钻井平台水面溢油事故监测报警，提高现场监测灵敏性和准确性。60.基于如上步骤，本技术实施例可以有效区别监测到的水油或水面垃圾，实现了有效排除水面垃圾带来的干扰。61.在其中一些实施例中，本技术实施例的水面油膜监测方法还包括：62.图像数据获取步骤s5，当水面溢油预警步骤s4输出预警信号时，启动图像采集单元6拍摄获取目标区域的图像数据并存储。基于此，当值班人员收到装置报警信息后，可首先通过图像数据初步判断装置下方水面是否存在大面积油污，以此判断报警原因是溢油事故、零星油花、装置误报警等哪种因素引起的，从而避免不必要的报警处理成本。63.需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。64.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。65.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!