基于荧光机理的水面溢油监测技术研究

发布时间：2020-06-13 21:29

【摘要】：随着现代社会的发展,人们对石油的需求量不断提升,从而使得陆地与海底的石油开采规模不断加大,伴随着运输、加工等一系列活动也愈加频繁,最终导致石油及其炼制品被泄漏和排放到海洋中对水环境造成严重的污染。及时的发现石油污染,可以尽早地对其进行治理并遏制其扩散范围,对保护海洋生态环境具有重要意义。因此,实时可靠的油污检测传感器尤为重要。本文基于荧光机理通过设计一种新型的分光光路,以低功耗、低成本的大功率单一波长紫外LED为激发光源,配合多种芯片设计了一种新型小巧的非接触式水面油污检测传感器的原理样机。在此基础上选取适当的小波基函数进行去噪,提高了样机的检测精度。本文通过对比主流石油检测方法的优缺点及应用范围,确定了荧光测量法为探测手段。以荧光产生机理为起点,对荧光法检测石油原理进行了研究,并深入分析了该方法的可行性。根据石油产生荧光的条件及荧光特点确定了本文矿物油检测的激发光源和滤光片参数。依据光的传播特性,设计了以反射式闪耀光栅为分光元件并配以其他光学元件的分光系统,实现对荧光的分离。在此基础上,结合FPGA芯片的优越性,以CCD芯片为探测芯片,完成了对数据采集系统、各芯片外围电路以及串行通信模块电路的设计。依据各芯片的驱动手册,基于Quartus II平台利用Verilog语言实现了对芯片的配置和驱动,从而实现数据采集系统的工作。通过该系统实现了对荧光信号的采集、转换、存储及传输功能,并设计相应的壳体完成了对系统的密封,实现了原理样机小型化、智能化、集成化的设计。最后,本文基于小波变换实现了对数据的去噪处理,通过实验对比确定了去噪的最优小波函数。结果表明小波去噪可以更好的保留信号细节信息,提高了系统的检测精度。通过在不同环境条件下更改与待测样品距离,研究了其适用距离。在此基础上对结果进行分析,成功的证明了该样机可以实现对油污的检测。
【图文】：

示意图,海上溢油,示意图,海洋石油污染

生命存在的基本组分，也是各种生物得以生长繁衍的必要物质资源的水体，约占全球储水量的 97%。随着人类社会的日益发展，对于断增长，从海洋中获取海洋资源则成为未来发展的趋势。不断扩大采和日益繁荣的海上航运使海洋污染越来越严重。其中，，海底石油海上交通事故以及其他渠道的石油泄漏是海洋石油污染的主要原因[渐扩大以及漏油事故的频繁发生，使得海洋石油污染程度和影响正灾难。2010 年 4 月 20 日位于墨哥湾的 Macondo 发生井喷爆炸，3平台“深水地平线”沉没，油气持续喷出 87 天。事故泄漏了超过经济损失超过 680 亿美元[3]。学研究统计，近 50 年来至少有 1000 多种海洋生物因为海洋污染中生物大规模减少。除此之外，海洋中的油类泄漏会衍生某些微生害的增加，并通过食物链或者直接融进入人体，给人群带来健康风如图 1-1 和 1-2 所示。

石油污染,鸟类

图 1-2 因石油污染死亡的鸟类环境具有自我调节的能力，但愈来愈大的海洋油类污染范围，远境的自净化能力，不仅海洋生态系统遭到破坏，人类的身体健康因此，监测水体是否存在油污污染成为人们越来越关注的问题。时监测，有利于及时发现油污染事故并快速认定污染性质和追保护具有重要意义。基于此原因，本文对溢油探测传感器原理样要实际应用价值和科学研究意义。污染的危害入海后即发生一系列复杂变化，包括扩散、溶解、乳化以及沿着海洋环境和生态系统造成巨大的危害。海洋中的油类污染物主，风向及水流变化会推动油膜向外飘散并扩展至水体深处，影响[4-5]
【学位授予单位】：国家海洋技术中心
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X55;X834

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