[發明專利]基于激光拉曼及激光熒光的水面油膜厚度的測量方法

有效

• 申請號: 201910532108.8
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN110160452B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 田兆碩;尹松林;張延超;畢宗杰;王玲;劉文軍;付石友
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）;山東船舶技術研究院
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 于濤

本發明提出一種基于激光拉曼及激光熒光的水面油膜厚度的測量方法，其包括以下步驟：預先測量總衰減系數A；預先測量飽和熒光常數C，其值等于探測系統距離水表面相同距離的有油膜覆蓋處的油飽和熒光信號強度與無油膜處的扣除熒光背景后的水拉曼信號強度之比；在待測水域，現場測量水表面距離探測系統相同距離的無油膜處忽略熒光背景后的水拉曼信號強度I_R及有油膜覆蓋處波長為λ_f處的熒光信號強度I_f(d)；根據公式：計算待測水域中油膜的厚度，其中d為油膜厚度，A為總衰減系數，C為飽和熒光常數，上述測量方法可在不同距離獲得水面油膜厚度，并且測量油膜厚度的范圍較寬，對于非接觸水面油膜厚度測量技術實用化具有重要意義。

技術領域

本發明涉及水面油膜厚度的測量領域，尤其涉及一種基于激光拉曼及激光熒光的水面油膜厚度的測量方法。

背景技術

隨著近年來海洋資源開發速度的不斷提高，大量石油的開采、運輸及使用使得海洋石油污染日益嚴重，其中海上溢油是最嚴重的污染原因之一。海上溢油事故發生后，及時獲取溢油種類及溢油厚度的精確信息，對于制定快速有效的控制措施具有十分重要的指導意義。

激光光譜技術作為一種主動光學探測技術，通過激光入射到有油膜覆蓋的水表面時，在激發油類物質輻射熒光的同時，水體會產生拉曼散射光，分析熒光光譜及拉曼散射光譜信息能夠實現油膜厚度的定量測量。利用激光光譜技術對油膜厚度進行測量的方法具有非接觸、速度快、精度高及目標識別的特性，使得該技術成為目前重要且最有效的水面溢油監測方法之一。

目前常用的水面油膜厚度測量方法有熒光法、拉曼衰減法和熒光拉曼比法。其中熒光法是直接探測油膜的熒光強度，通過熒光強度計算油膜厚度，由于不同距離不同角度探測的熒光強度不同，因此此方法僅適用于固定距離的水面油膜厚度測量；拉曼衰減法是探測水的拉曼散射波長處的光強度，水面無油膜覆蓋時，水受激拉曼散射最強，隨著油膜厚度增加，水拉曼散射強度減弱，通過水拉曼散射減小程度計算油膜厚度，此種方法在油膜較厚時無水拉曼散射信號，因此這種方法適于測量較薄油膜厚度，油膜測量范圍有限。而傳統的熒光拉曼比值法也需要測量油膜覆蓋后的水拉曼信號，因此也無法對較厚油膜進行測量。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提出了一種基于激光拉曼及激光熒光的水面油膜厚度的測量方法，其可在不同距離獲得水面油膜厚度，并且測量油膜厚度的范圍較寬。

為了實現上述目的，本發明提出了一種基于激光拉曼及激光熒光的水面油膜厚度的測量方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1、預先測量總衰減系數A，A＝k_e+k_f，其中k_e、k_f分別為發射激光波長處的油消光系數和第f個波長通道處的油消光系數；

步驟2、預先測量飽和熒光常數C，其中P₀表示發射激光強度，η_f表示油膜在第f個波長通道的熒光轉換系數；ψ_r表示在水拉曼波長λ_r處水拉曼散射轉換系數；飽和熒光常數C的值等于探測系統距離水表面相同距離的有油膜覆蓋處的油飽和熒光信號強度與無油膜處的扣除熒光背景后的水拉曼信號強度之比；

步驟3、在待測水域，現場測量水表面距離探測系統相同距離的無油膜處忽略熒光背景后的水拉曼信號強度I_R及有油膜覆蓋處波長為λ_f處的熒光信號強度I_f(d)；

步驟4、根據測量油膜厚度的計算公式：計算待測水域中油膜的厚度，其中式中，d為油膜厚度，A為總衰減系數，C為飽和熒光常數，

優選的是，所述波長λ_f的選擇方法為：在非水拉曼波長λ_r處，油熒光信號所對應的任一波長位置。