一种用于海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪制造技术

本发明专利技术提一种用于海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪，主要包括分光系统、多通道光电倍增管、信号处理模块，其中，分光系统对荧光回波在波长维度上展开；多通道光电倍增管对不同波长荧光进行光电转换；信号处理模块对光电转换后的荧光电信号进行放大、采集和处理，最终完成目标物质光谱指纹的绘制。本发明专利技术与传统荧光光谱仪和以高价值的ICCD探测器搭建的光谱仪相比，新设计的多通道荧光光谱仪以较低的成本实现了高灵敏度和远距离的探测性能，适用于远距离外场试验，有更大的动态探测范围。真正的实现对海上溢油油种的鉴别探测。

【技术实现步骤摘要】
一种用于海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪
本专利技术属于光谱获取和物质分子识别领域，具体涉及一种用于海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪的设计。
技术介绍
随着海洋生态发展的越来越受到国家的重视，对海洋环境的防护和治理研究逐渐受到社会各界尤其是海洋工作者的关注。目前对海洋环境的污染探测方式主要有星载SAR、辐射计、溢油雷达、可见光、红外成像，但上述几种方式均通过对海面成像完成海上溢油探测，多处在形态学层次，虚警率较高，为提高海洋环境污染检测的及时性和准确性，有人将激光诱导荧光技术引入海上油污监测，尤其是海上溢油情况的发现告警领域。激光诱导荧光技术可以从分子层次上对物质进行探测鉴别，相较前几种形态上的监测方式，识别准确率和实时性更高。激光诱导荧光技术是将强激光照射至目标物上，目标物受激产生荧光，荧光被收集后，经分光系统将荧光在波长上进行展开，投射至光电探测器的相应通道上面，进行光电转换。获取荧光回波信号在波长上的波谱。对于特定的物质经特定的波长激发，会产生一个特征波长(物质受激发产生荧光波谱中，能量最强处对应的波长就是特征波长)，特征波长仅与物质成分组成和激发激光波长有关，可以作为物质种类鉴别的依据。本技术中，比较关键的是光谱仪，对荧光回波进行分光和光电转换，同时物质受激发产生的荧光一般相对较弱，为达到较好的效果，光谱仪的性能在该技术中占据十分重要地位。目前在海上用于溢油检测的激光诱导荧光系统中，常用的光谱仪以海洋光学光谱仪为主，主要由分光系统、光电探测器和信号处理模块组成。该光谱仪采用线阵CCD(电荷耦合元件)探测器，而CCD多存在量子效率低、增益小、噪音大等缺点，多采用延长积分时间提高光谱仪的探测能力，但大多数油污受激产生的荧光寿命较短，延长积分时间无法有效提升其探测能力。所以海洋光学光谱仪多应用于试验室或常规荧光受激余辉比较长的物质，应用于外界环境的较少。同时海洋光学光谱仪比较成熟固化，客户根据自己需求进行改造的难度较大。为解决海洋光学光谱仪的局限性，同时提高探测距离和探测灵敏度，有科研单位以ICCD探测器为核心搭建荧光光谱仪，但ICCD成本较高且多为军用，国产产品缺失，国外对该产品出售控制较严，大批量的在民用推广上受限极多。本专利技术采用成本相对较低/灵敏度高的多通道光电倍增管替代成本较高的ICCD和灵敏度较低的CCD作为光电探测器设计一型光谱仪，更便于推广应用于海上油污的检测识别，保障海洋生态环境的正常发展。
技术实现思路
本专利技术提供了一种成本相对较低、灵敏度较高的海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪。本专利技术一种用于海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪，主要包括分光系统、多通道光电倍增管、信号处理模块，其中，分光系统对荧光回波在波长维度上展开；多通道光电倍增管对不同波长荧光进行光电转换；信号处理模块对光电转换后的荧光电信号进行放大、采集和处理，最终完成目标物质光谱指纹的绘制。作为优选方案，对光电倍增管的不同通道的光电转换效率进行补偿，使其对不同波长荧光的光电转换效率一致。作为优选方案，信号处理模块以光电倍增管对不同波长荧光的光电转换效率作为计算因子，对光电倍增管不同通道的光电转换效率进行补偿。作为优选方案，针对光电倍增管每个通道转换电路的差异性，获取各个通道转换电路的差异因子，数据处理模块根据各个通道转换电路的差异因子进行处理上和补偿，实现光电倍增管各通道输出的一致性。本专利技术与传统荧光光谱仪和以高价值的ICCD探测器搭建的光谱仪相比，新设计的多通道荧光光谱仪以较低的成本实现了高灵敏度和远距离的探测性能，适用于远距离外场试验，有更大的动态探测范围。真正的实现对海上溢油油种的鉴别探测。附图说明图1本专利技术结构示意图；图2水和原油为例的荧光光谱曲线图。具体实施方式本专利技术一种用于海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪，主要包括分光系统、多通道光电倍增管、信号处理模块，其中，分光系统对荧光回波在波长维度上展开；多通道光电倍增管对不同波长荧光进行光电转换；信号处理模块对光电转换后的荧光电信号进行放大、采集和处理，最终完成目标物质光谱指纹的绘制。分光系统是用来对收集的荧光回波进行色散分光，将荧光回波按波长分布投射在具备多个通道的光电倍增管光敏面上面。本专利技术所选用的多通道光电倍增管，具有较高的探测灵敏度，经分光系统分光以后，光电倍增管不同通道对应不同的荧光波段，鉴于光电倍增管光敏面选用材料的量子效应效率存在一定的差异性(在波长范围330-500nm高，500-650nm较低)。因此，为避免自身因素引入误差，需对光电倍增管进行光电转换性能标校，对光电倍增管的不同通道的光电转换效率进行补偿，使其对不同波长荧光的光电转换效率一致有利于避免误差。因光电倍增管通道较多，在硬件放大电路上进行不同通道光电转换效率补偿较为复杂且不符合产品研制的模块化发展，因此，本专利技术选择利用信号处理模块将对不同波长荧光的光电转换效率作为计算因子M引入后端软件处理算法中，使光电倍增管各个通道对相同能量的不同波段响应一致。计算因子M是该材料对各光学波段的量子效率的倒数。光电倍增管除因量子效率可能造成差异外，每个通道的转换电路的差异性也会对光谱仪的测试结果造成影响，需要对整个光电倍增管及转换电路进行整体电路输出差异性测试，得到各个通道转换电路的差异因子N；差异因子的具体获取措施为：不经分光系统，直接向光电倍增管均匀照射相同能量的同一颜色波长(如白光、红光、绿光等，原则为保持照射光源一致)，得到各个通道的输出差异性，如表1所示；表1各通道对应的输出偏差通道号输出偏差通道号输出偏差通道号输出偏差通道号输出偏差188.40％990.10％1793.80％2587.70％2100.00％1096.50％1890.70％2685.10％389.60％1190.20％1992.70％2788.80％492.80％1290.90％2097.30％2885.50％596.70％1398.90％2190.60％2987.90％689.60％1496.10％2291.60％3084.60％790.30％1594.80％2388.60％3175.90％888.60％1693.50％2483.10％3287.20％表2各通道对应的中心波长按照表1所示数据，并将该差异性作为计算因子N在数据处理模块中对荧光光谱仪进行软件处理上的补偿，实现光电倍增管各通道输出的一致性，避免因此引入探测误差，影响所设计的光谱仪的性能；对光谱仪进行标校完成以后，按照图1连接好相关设备，对标校完成的光谱仪进行测试；具体步骤为分光系统将荧光按照对应的波长散射至光电倍增管对应的通道上，进行光电转换，再经放大电路及采集电路进入处理模块；数据处理模块依次采集多通道荧光光谱仪各个通道的回波荧光信号,并分别乘以相应的补偿因子(M/N)，以波长为横坐标，能量为纵坐标绘出目标物的荧光光谱曲线。如图2所示，以水和原油为例，获取的荧光光谱曲线。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪，主要包括分光系统、多通道光电倍增管、信号处理模块，其中，分光系统对荧光回波在波长维度上展开；多通道光电倍增管对不同波长荧光进行光电转换；信号处理模块对光电转换后的荧光电信号进行放大、采集和处理，最终完成目标物质光谱指纹的绘制。

【技术特征摘要】
1.一种用于海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪，主要包括分光系统、多通道光电倍增管、信号处理模块，其中，分光系统对荧光回波在波长维度上展开；多通道光电倍增管对不同波长荧光进行光电转换；信号处理模块对光电转换后的荧光电信号进行放大、采集和处理，最终完成目标物质光谱指纹的绘制。2.根据权利要求1所述的一种用于海上溢油油种鉴别的多通道荧光光谱仪，其特征在于，对光电倍增管的不同通道的光电转换效率进行补偿，使其对不同波长荧光的光电转换效率一致...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国庆，娄越，李鑫，王然，赵琪，赵欣，闫德宝，张晨曦，陈栋，王进成，
申请(专利权)人：中国船舶工业系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11