一種探頭式水體石油污染物在線監測系統技術方案

本實用新型專利技術涉及一種探頭式水體石油污染物在線監測系統，包括：激發光源，用于發射紫外光，以一定角度照射到待測水體表面；探測器，光的輸入端裝有濾光片，用于接收待測水體表面反射出的熒光；控制電路板，連接探測器和激發光源的控制端，用于熒光信號采集、溫度采集、水體中石油污染物濃度計算，通過傳輸電纜連接到上位機。本實用新型專利技術采用低功耗紫外LED作為激發光源，利用石油類污染物的熒光特性進行濃度測量，靈敏度高，測量速度快，步驟簡單，可以用于各類水域中石油類污染物的在線監測。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及水體油類監測領域，具體為一種探頭式水體石油污染物在線監測系統與方法。
技術介紹
進入21世紀以來，伴隨著國民經濟的高速發展，我國的江河、湖泊以及海洋環境水體水質也遭受到了嚴重的破環。其中石油及其產品在開采、煉制、貯運和使用過程中進入水體環境，從而形成了我國近海海域的石油類污染。油品入海途徑有煉油廠含油廢水經河流或直接注入海洋；油船漏油、排放或發生事故，使油品直接入海；海底油田在開采過程中的溢漏及井噴，使石油進入海洋水體；海洋底層局部自然溢油。因此，對各類水域中石油類污染物進行有效監測和管理，尤其是發展實時動態監測技術具有重大社會意義和經濟價值。進行水體油類測量常用的方法有濁度法、超聲法、光散射法、重量法、非色散紅外吸收法、紅外分光光度法、色譜法、紫外吸收法、熒光光度法、紫外熒光法。其中濁度法、超聲法、光散射法只對水體中的分散油起作用，因為它們檢測不到溶解于水中的低濃度石油烴。重量法靈敏度不高，而且會造成低沸點烷烴的損失。非色散紅外吸收法由于礦物油成分(烷烴、環烷烴和芳香烴中含有分別在2930cm-l (=CH2中C-H伸縮振動)，2960cm_l (-CH2中C-H伸縮振動)，3030cm-l (芳香環中C-H伸縮振動)處有吸收帶的不同組分，若這些組分的相對值發生變化，用只在某一波數處進行測量的非色散紅外吸收法顯然難以測準。紅外分光光度法由于可同時或順序測量上述三個波數處的吸光度(即A2930，A2960, A3030)，且在這三個波數處干擾小，可很容易地通過適當計算求得礦物油的總濃度，因而可以避免上述大多數缺點。色譜法可對多個組分加以測定，但費時、費事。與上述方法相比較，紫外熒光法可以方便的實時在線測量，被測水體不需作任何處理，操作簡便，快速，應用前景廣闊，成為研究的熱點。熒光物質的分子在吸光過程中可以有幾個不同的吸收峰帶，不同的熒光物質由于分子結構和能量分布的差異，各自顯示出不同的吸收光譜和熒光光譜特性，這就決定了熒光測量法具有很高的選擇性和靈敏度。
技術實現思路
針對現有技術中存在的上述問題，本技術的目的在于提供一種基于紫外LED的熒光技術，不需要萃取等復雜的步驟，測量快速，功耗低，可以實現對水體中石油污染物的長期、實時、在線測量的探頭式水體石油污染物在線監測系統。本技術為實現上述目的所采用的技術方案是一種探頭式水體石油污染物在線監測系統，包括激發光源，用于發射紫外光，以一定角度照射到待測水體表面；探測器，光的輸入端裝有濾光片，用于接收待測水體表面反射出的熒光；控制電路板，連接探測器和激發光源的控制端，用于熒光信號采集、溫度采集、水體中石油污染物濃度計算，通過傳輸電纜連接到上位機。所述激發光源、探測器、控制電路板固定于腔體中，腔體的下方為裝有待測水體的流通池。所述待測水體上方固定有隔絕水蒸汽的石英窗片。所述激發光源為紫外LED，中心波長為365nm。所述濾光片采用中心波長為420_600nm的帶通濾光片。所述探測器為光電二極管。所述控制電路板是型號為MSP43H49的單片機，包括控制單元模塊，連接發射單元模塊和數據處理模塊，用于對發射單元模塊和數據 處理模塊的控制；發射單元模塊，輸入端連接控制單元模塊，輸出端連接激發光源，用于控制激發光源的工作；數據處理模塊，接收來自探測器傳輸的反映熒光強度的電信號，按照熒光強度和水體中石油污染物濃度的對應關系得出水體中石油污染物的濃度，并通過傳輸電纜連接上位機。所述控制電路板還連接溫度傳感器，采用熱敏電阻的溫度探頭，緊密貼靠在腔體上。本技術具體有以下有益效果I.整個監測過程不需萃取等復雜的手段，幾乎不用維護，簡便實用，適用于長期無人值守監測；2.整個設備用腔體密封，具有良好的電磁屏蔽性能，抗干擾性強，可靠性高，可以滿足電磁環境復雜的場合應用；3.本技術裝置具有溫度檢測單元安裝在腔體上，可以實時獲取現場溫度數據，監視測量現場的溫度；4.本技術裝置的發射單元和接收單元為一體化設計，并通過石英窗片密封，能有效地防止水蒸汽進入到探測器；5.本技術采用高亮度紫外發光二極管作為光源，采用高強度腔體密封，結構緊湊、耐壓，抗干擾性好，既可以浸入式測量，加配流通池又可以實現流通式測量。6.本技術既可以手持式操作，現場觀測測量結果，也可以通過遠程通訊接口，實現長期、定點無人監測，數據自動采集與傳輸。本技術可以廣泛應用于海水、湖水、煉油廠等區域的環境監測，成本低廉、生產工藝簡單，具有廣泛的市場應用前景。附圖說明圖I為本技術系統的總體結構示意圖；圖2為本技術控制電路板的模塊示意圖；圖3為本技術系統的實施例機械結構示意圖；圖4為本技術光電部件的一體化設計結構的實施例示意圖；圖5為本技術光電部件的實施例頂部示意圖；圖6為本技術實施例石油污染物濃度——熒光強度測量曲線。其中I為腔體、2為激發光源、3為石英窗片、4為流通池、5為濾光片、6為探測器、7為控制電路板、8為溫度傳感器、9為傳輸電纜、10為電纜接口、11為進水口、12為出水口、13為光源探孔、14為探測器探孔、15為安裝螺孔I、16為安裝螺孔2、17為安裝螺孔3、18為安裝螺孔4、19為連接螺紋口。具體實施方式以下結合附圖及實施例對本技術做進一步的詳細說明。如圖I所示，為本技術實施例裝置的結構示意圖；包括腔體I、和內置于腔體I內的發射單元、接收單元、和控制電路板7 ;其中發射單元為發射紫外光的激發光源2，經過石英窗片3照射到水體或流通池4中，激發光源2采用的是紫外LED，中心波長為365nm。激發光源2在控制電路板7的控制下照射到待測水體，水體中石油類污染物在紫外光作用下發出熒光信號；·接收單元，包括光電探測器6和位于光電探測器6前的濾光片5，熒光信號經過濾光片5的過濾后，經光電探測器6將光信號轉化為電信號，本實施例中濾光片5米用420-600nm的帶通濾光片濾光片，光電探測器6為光電二極管。如圖2所示，為本技術實施例控制電路板的模塊示意圖?？刂齐娐钒?包括控制單元模塊、發射單元模塊、數據處理模塊?？刂茊卧K分別與發射單元模塊、數據處理模塊連接。控制激發光源2的光信號及數據采集控制?？刂齐娐钒?負責熒光信號的采集、溫度采集、濃度計算、數據保存，控制電路板7采用型號為MSP43H49單片機，是整個控制的核心，負責命令的發送、數據采集、數據處理以及與上位機的通信功能。發射單元模塊，其輸出端激發光源2的輸入端連接，用于控制激發光源的工作；數據處理模塊的輸入端與接收單元連接，用于接收來自激發光源2產生的熒光信號，輸出端通過防水傳輸電纜9與上位機實現通訊連接。數據處理模塊根據收集的數據，計算出水體中石油污染物的濃度。腔體I內還安裝有溫度檢測單元，溫度檢測單元包括緊密貼靠在腔體I上的溫度探頭8，本實施例中溫度探頭采用熱敏電阻，溫度探頭緊密貼靠在不銹鋼殼體上。溫度檢測單元的輸出端通過信號線與控制電路板7的一輸入端相連，在檢測前溫度檢測單元測量環境溫度，并將所測數據通過信號線傳送至控制電路板7中的存儲部分，用于記錄環境的溫度。控制電路板4通過防水傳輸電纜9連接到上位機，將數據傳輸至上位機上。如圖3所示，為本技術實施例的機械結構示意圖。發射單元和接本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種探頭式水體石油污染物在線監測系統，其特征在于，包括激發光源（2），用于發射紫外光，以一定角度照射到待測水體表面；探測器（6），光的輸入端裝有濾光片（5），用于接收待測水體表面反射出的熒光；控制電路板（7），連接探測器（6）和激發光源（2）的控制端，用于熒光信號采集、溫度采集、水體中石油污染物濃度計算，通過傳輸電纜（9）連接到上位機。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮巍巍，陳令新，趙廣立，付龍文，孫西艷，張文秀，趙君才，
申請(專利權)人：中國科學院煙臺海岸帶研究所，
類型：實用新型
國別省市：