一种基于拉曼光谱测量的水面油膜厚度测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于拉曼光谱测量的水面油膜厚度测量方法，将水体和石油烃类污染物拉曼信号的峰高比作为油膜厚度计算因子，在一定的油膜厚度范围内，油膜厚度计算因子与油膜厚度呈线性关系；通过测量计算因子反演出水体表面油膜厚度。测量装置包括三维调整模块、三维调整支架和密封外壳，外壳内设置有光源控制电路、探测单元和信号处理传输单元；本发明专利技术的优点：可实现对水体油膜厚度的直接测量，检测速度快，避免繁琐的步骤，同时不需要化学试剂，对水质本身没有影响。探头内部设计有开关及透镜，可有效避免激光长期输出对人眼的伤害；有效提高激发拉曼信号。

【技术实现步骤摘要】
一种基于拉曼光谱测量的水面油膜厚度测量方法及装置
本专利技术专利涉及水体污染检测领域，尤其涉及环境光学检测
，具体为基于拉曼光谱测量的水体油膜厚度测量方法及装置。
技术介绍
近年来，伴随着国民经济的高速发展，我国的江河、湖泊以及海洋环境水体也遭受了严重的破坏。水体污染不但会损害生物资源，也会危害人类健康。其中，水体油污染已经十分突出。对于溢油油膜厚度的估算，国际上通常采用《波恩协议》中的建议。其基本原理是，溢油污染物会影响水体的光谱反射率与发射率，油膜的颜色随着油膜的种类与厚度发生变化，在可见光波段内探测油膜的反射光谱从而得到油膜厚度信息。用此种方法对厚度的大致估算，误差较大，主观因素强。光谱检测技术是一种新兴的无损检测技术，因其具有简单、快速、实时分析等优点而备受关注。但是目前尚无采用拉曼光谱测量水体油膜厚度的测量装置。
技术实现思路
本专利技术填补基于拉曼光谱测量水体油膜厚度技术的空白，提高环境保护部门对水体油膜厚度的监测技术水平，为水体污染提供有力的数据支持。本专利技术提供一种基于拉曼光谱测量的水体油膜厚度测量方法及装置，具体技术方案如下：一种基于拉曼光谱测量的水面油膜厚度测量方法，将水体和石油烃类污染物拉曼信号的峰高比作为油膜厚度计算因子，在一定的油膜厚度范围内，油膜厚度计算因子与油膜厚度呈线性关系；通过测量计算因子反演出水体表面油膜厚度。本专利技术进一步公开了一种基于拉曼光谱测量的水面油膜厚度测量装置，包括三维调整模块、三维调整支架和密封外壳，密封外壳内设置有光源控制电路、探测单元和信号处理传输单元；所述探测单元包括激发光源、入射光纤、探头、接收光纤、光谱采集模块和距离测量模块；所述信号处理传输单元包括光谱处理模块、光电转换模块、数据处理模块和数据传输接口。外部上位机通过数据传输接口与光源控制电路相连，通过上位机控制光源控制电路工作，从而控制激发光源输出激发光；激发光通过入射光纤传输至探头后到达被测样品，激发的拉曼光谱信号经探头由接收光纤传输至光谱采集模块进行光谱采集；光谱采集模块采集的拉曼信号经光谱处理模块对光谱信号进行处理，处理后的光谱信号经光电转换模块将光信号转化为电信号，电信号经数据处理模块进行处理后由数据传输接口传输至上位机进行显示。光源控制电路含有稳压模块；激发光源选用532nm激光作为光源。三维调整模块根据距离测量模块测量的探头顶端与水体之间的距离调整装置的位置，通过三维调整支架调整探头顶端与水体之间的距离，保证探头顶端与水体之间每次测量距离的统一。所述探头内部设置有开关和透镜。本专利技术的优点：本专利技术的基于拉曼光谱测量的水体油膜厚度测量装置采用测量激发的拉曼光信号反演水体油膜厚度，可实现对水体油膜厚度的直接测量，检测速度快，避免繁琐的步骤，同时不需要化学试剂，对水质本身没有影响。探头内部设计有开关及透镜，当无需测量时可通过开关关闭输出激发光，测试时打开开关，可有效避免激光长期输出对人眼的伤害；探头顶端设计透镜将激发光信号聚焦于待测样品表面，可有效提高激发拉曼信号。快速、精确了解水体表面油膜厚度可提高环境部门快速掌握水体表面油膜变化情况，为有效检测水体油膜厚度提供有力的技术支撑。附图说明图1是本专利技术装置的结构示意图。附图1中：1、数据传输接头；2、外壳；3、光源控制电路；4、激发光源；5、入射光纤；6、探头；7、三维调整模块；8、距离测量模块；9、接收光纤；10、光谱采集模块；11、光谱处理模块；12、光电转换模块；13、数据处理模块；14、三维调整支架。图2是本专利技术装置探头结构示意图。附图2中：5、入射光纤；6、探头；601、开关；602、透镜；9、接收光纤。图3是本专利技术实施例水体表面90号汽油油膜厚度测量曲线。具体实施方案图1所示一种基于拉曼光谱测量的水体油膜厚度测量装置的结构示意图，包括三维调整支架14和密封外壳2，所述外壳2内设置有光源控制电路3、探测单元和信号处理传输单元。所述三维调整模块7与三维调整支架14组成三维调整单元；三维调整支架可采用由伺服电机驱动的结构，伺服电机由三维调整模块控制，该技术为通用技术，在此不再赘述。所述探测光学单元包括激发光源4、入射光纤5、探头6、接收光纤9、光谱采集模块10和距离测量模块8；所述信号处理传输单元包括光谱处理模块11、光电转换模块12、数据处理模块13和数据传输接口1。其中：所述光源控制电路3含有稳压模块，从而保证激发光源4输出稳定的激发光。其中，激发光源4选用532nm激光作为光源。所述三维调整单元包括三维调整模块7和三维调整支架14，三维调整单元根据距离测量模块8测量的探头顶端与水体之间的距离调整装置的位置，从而调整探头顶端与水体之间的距离。图2所示一种基于拉曼光谱测量的水体油膜厚度测量装置的探头结构示意图，包括入射光纤5、探头6、探头6、透镜602和接收光纤9。所述探头6内部设置有开关601及透镜602，当更换待测样品7时可通过开关601关闭输出激发光，测试时打开开关601，可有效避免激光长期输出对人眼的伤害；探头6顶端设计透镜602将激发光信号聚焦于待测样品表面，可有效提高激发拉曼信号。外部上位机通过数据传输接口与光源控制电路相连，通过上位机控制光源控制电路工作，从而控制激发光源输出激发光。激发光通过入射光纤传输至探头后到达被测样品激发拉曼光谱信号，激发的拉曼光谱信号经探头由接收光纤传输至光谱采集模块进行光谱采集。光谱采集模块采集的拉曼信号经光谱处理模块对光谱信号进行处理，处理后的光谱信号经光电转换模块将光信号转化为电信号，电信号经数据处理模块进行处理后由数据传输接口传输至上位机进行显示。图3本专利技术实施例水体表面90号汽油油膜厚度测量曲线。横坐标是代表油膜厚度，纵坐标代表油膜厚度计算因子(水的拉曼位移与油的拉曼位移的拉曼峰峰高比Iwater/Ioil)。该曲线很好的反映了水体表面油膜厚度与水的拉曼位移与油的拉曼位移的拉曼峰强度比值呈线性关系。该装置可应用于0～60μm范围内水体表面的油膜厚度的测量。本专利技术的光源控制电路3、三维调整模块7、距离测量模块8、光谱采集模块10、光谱处理模块11、光电转换模块12、数据处理模块13、均可采用市购产品，如本专利技术专利的距离测量模块选用IFMElectronicsUGT504超声波传感器进行测量；光谱采集模块、光谱处理模块和光电转换模块选用海洋光学HR4000；数据处理模块采用研华PCM-3363。本专利技术的原理是：当光作用于样品上时候，样品分子会使入射光发生散射。产生的散射光中有一部分散射光的频率发生了变化，称之为拉曼散射，散射光与入射光之间的频率差称之为拉曼位移。不同的物质产生的拉曼位移不同。本专利技术装置测量的是水体表面的油膜厚度，待测样品的主要成分为水和油。根据油膜厚度计算因子可对水体表面的油膜厚度进行定量分析。在一定的油膜厚度范围内，油膜厚度计算因子与油膜厚度呈线性关系。通过测量油膜厚度计算因子可以反演出水体表面油膜厚度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于拉曼光谱测量的水面油膜厚度测量方法，其特征在于：将水体和石油烃类污染物拉曼信号的峰高比作为油膜厚度计算因子，在一定的油膜厚度范围内，油膜厚度计算因子与油膜厚度呈线性关系；通过测量计算因子反演出水体表面油膜厚度。

【技术特征摘要】
1.一种基于拉曼光谱测量的水面油膜厚度测量方法，其特征在于：将水体和石油烃类污染物拉曼信号的峰高比作为油膜厚度计算因子，在一定的油膜厚度范围内，油膜厚度计算因子与油膜厚度呈线性关系；通过测量计算因子反演出水体表面油膜厚度。2.一种基于拉曼光谱测量的水面油膜厚度测量装置，其特征在于：包括三维调整模块、三维调整支架和密封外壳，密封外壳内设置有光源控制电路、探测单元和信号处理传输单元；所述探测单元包括激发光源、入射光纤、探头、接收光纤、光谱采集模块和距离测量模块；所述信号处理传输单元包括光谱处理模块、光电转换模块、数据处理模块和数据传输接口；外部上位机通过数据传输接口与光源控制电路相连，通过上位机控制光源控制电路工作，从而控制激发光源输出激发光；激发光通过入...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯巍巍，蔡宗岐，
申请(专利权)人：中国科学院烟台海岸带研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37