一种海测船载海域油污染容积的在线测量传感系统.pdf

一种海测船载海域油污染容积的在线测量传感系统，微波波源依次连接连接耦合器、阻抗匹配器、衰减器、波导腔、及波导腔中的介质仓；函数发生器连接耦合器；波导腔内的测量线由可控数字游标控制和其上的4个光子晶体探针组成；介质仓下端有泻液阀；由微波波源、耦合器、函数发生器、阻抗匹配器、衰减器、波导腔和介质仓组成伸缩臂；4个光子晶体探针连接数字驻波比测量计算系统；数字驻波比测量计算系统连接系统控制器；系统控制器可控数字游标。其特点成本低和启动及时，可以在各类型海测船上安装，以光子晶体探针的驻波比测量为原理检

1、  一种海测船载海域油污染容积的在线测量传感系统，其特征在于：
微波波源连接耦合器，函数发生器连接耦合器，耦合器连接阻抗匹配器；阻抗匹配器连接衰减器；衰减器连接波导腔，波导腔中有介质仓；波导腔内有测量线，测量线由可控数字游标控制的4个光子晶体探针组成；其介质仓下端部有泻液阀；由微波波源、耦合器、函数发生器、阻抗匹配器、衰减器、波导腔中的介质仓组成伸缩臂；波导腔内的4个光子晶体探针连接数字驻波比测量计算系统；数字驻波比测量计算系统连接系统控制器；系统控制器控制4个光子晶体探针的可控数字游标。

2、  根据权利要求1所述的一种海测船载海域油污染容积的在线测量传感系统，其特征在于：其系统控制器为AM系列的嵌入系统。

3、  根据权利要求1所述的一种海测船载海域油污染容积的在线测量传感系统，其特征在于：由微波波源、耦合器、函数发生器、阻抗匹配器、衰减器、波导腔和波导腔中的介质仓组成的伸缩臂放置在Γ型测量管的竖直管内，竖直管内有可伸缩臂的齿条，伸缩臂外有与可伸缩臂的齿条配合的可控齿轮。

4、  根据权利要求1所述的一种海测船载海域油污染容积的在线测量传感系统的测量方法：控制伸缩臂的可控齿轮，使Γ型测量管内的伸缩臂探进海面，伸缩臂内的介质仓获取海域油污测试样品；微波波源发出的微波经耦合器和函数发生器调制成带有载波的微波，带有载波的微波经阻抗匹配器和衰减器到达波导腔和波导腔中的介质仓，带有载波的微波经介质的测试样品反射；这时微波入射波和反射波产生的驻波，再竖直移动波导腔内的可控数字游标，由可控数字游标上的4个光子晶体探针获取微波入射波和反射波产生的驻波的极大值和极小值，再经驻波比测量计算系统进而实时计算其海域油污染已知探测面元的单位油海水的体积比d，并与测量油污染面积m的乘积得出海域油污染的体积V。

一种海测船载海域油污染容积的在线测量传感系统
技术领域
本发明属于微光电子传感技术的两种互不溶解的液体的体积比测量，特别涉及一种海测船载海域油污染容积的在线测量传感系统。
背景技术
将海域油污染的危害降低到最小程度，必须改进监测设备和提高管理水平，一旦发生石油污染事件，立即启动探测设备进行定量检测，为应急方案提供精确的数据，近年来，我国海岸饱受船舶溢油污染之害，由于缺乏完善的油污染赔偿机制，海域被污染后经常处于无量化索赔的尴尬境地，海事部门急需测定海洋石油污染容积的装备，作为《海域油污染赔偿国际法规》量化赔偿和处理的依据。国内对海洋油污染主要采用现代近红外光谱(NIR)分析技术，对溢油进行鉴别，运用模式识别等信息处理技术，计算其定量值，在线探测程度低，国外对海洋油污染探测近十年主要集中在以高端微波雷达测量其污染的油膜厚度的研究，以此原理构成的探测装备成本很高。采取卫星遥测评估计算污染面积准确度和精度低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种海测船载海域油污染容积的在线测量传感系统。是一种其成本低和启动及时等特点可以安装在各类型海测船上进行船载海域油污染的容积探测系统，相对于航空遥测，精确度提高了两个数量级。
本发明的技术方案是：
一种海测船载海域油污染容积的在线测量传感系统，其特征在于：
微波波源连接耦合器，函数发生器连接耦合器，耦合器连接阻抗匹配器；阻抗匹配器连接衰减器；衰减器连接波导腔，波导腔中有介质仓；波导腔内有测量线，测量线由可控数字游标控制的4个光子晶体探针组成；其介质仓下端部有泻液阀；由微波波源、耦合器、函数发生器、阻抗匹配器、衰减器、波导腔中的介质仓组成伸缩臂；波导腔内的4个光子晶体探针连接数字驻波比测量计算系统；数字驻波比测量计算系统连接系统控制器；系统控制器控制4个光子晶体探针的可控数字游标。
其系统控制器为AM系列的嵌入系统。
由微波波源、耦合器、函数发生器、阻抗匹配器、衰减器、波导腔和波导腔中的介质仓组成的伸缩臂放置在Γ型测量管的竖直管内，竖直管内有可伸缩臂的齿条，伸缩臂外有与可伸缩臂的齿条配合的可控齿轮。
一种海测船载海域油污染容积的在线测量传感系统的测量方法：控制伸缩臂的可控齿轮，使Γ型测量管内的伸缩臂探进海面，伸缩臂内的介质仓获取海域油污测试样品；微波波源发出的微波经耦合器和函数发生器调制成带有载波的微波，带有载波的微波经阻抗匹配器和衰减器到达波导腔和波导腔中的介质仓，带有载波的微波经介质的测试样品反射；这时微波入射波和反射波产生的驻波，再竖直移动波导腔内的可控数字游标，由可控数字游标上的4个光子晶体探针获取微波入射波和反射波产生的驻波的极大值和极小值，再经驻波比测量计算系统进而实时计算其海域油污染已知探测面元的单位油海水的体积比d，并与测量油污染面积m的乘积得出海域油污染的体积V。
本发明效果是：
本发明提出一种以光子晶体探针的驻波比测量原理探测已知测试面元的海域油污染的体积比d新型的在线介质传感器系统，以该系统系统进行船载海域油污染的容积的探测，因其成本低和启动及时的特点、可以在各类型海测船上安装，以光子晶体探针的驻波比测量为原理检测已知测试元面积的海域油污染油水体积比的在线介质传感器系统相对于航空遥测，精确度提高了两个数量级。
附图说明
图1是海域油污染测量的系统结构图
图2是海域油污染测量系统的Γ型测量管内的内部驻波介质传感器示意图
图中：1微波波源，2.耦合器，3.阻抗匹配器，4衰减器，5.波导腔，6.波导腔中的测量线可控数字游标，7.波导腔中的介质仓，8.泻液阀，9.光子晶体探针，10.Γ型测量管外壳，11.信号线缆，12.可伸缩臂的齿条，13伸缩臂，14可控齿轮。
具体实施方式
如图1、2所示本发明一种海测船载海域油污染容积的在线测量传感系统，组成如下：
微波波源连接耦合器，函数发生器连接耦合器，耦合器连接阻抗匹配器；阻抗匹配器连接衰减器；衰减器连接波导腔，波导腔中有介质仓；波导腔内有测量线，测量线由可控数字游标控制的4个光子晶体探针组成；其介质仓下端部有泻液阀；由微波波源、耦合器、函数发生器、阻抗匹配器、衰减器、波导腔中的介质仓组成伸缩臂；波导腔内的4个光子晶体探针连接数字驻波比测量计算系统；数字驻波比测量计算系统连接系统控制器；系统控制器控制4个光子晶体探针的可控数字游标。其中系统控制器为AM系列的嵌入系统。
如图2上述的微波波源、耦合器、函数发生器、阻抗匹配器、衰减器、波导腔和波导腔中的介质仓组成的为伸缩臂。伸缩臂放置在Γ型测量管的竖直管内，竖直管内有可伸缩臂的齿条，伸缩臂外有与可伸缩臂的齿条配合的可控齿轮。信号线缆包括4个光子晶体探针的测量线和微波波源电源线。
一种海测船载海域油污染容积的在线测量传感系统的测量方法：控制伸缩臂的可控齿轮，使Γ型测量管内的伸缩臂探进海面，伸缩臂内的介质仓获取海域油污测试样品；微波波源发出的微波经耦合器和函数发生器调制成带有载波的微波，带有载波的微波经阻抗匹配器和衰减器到达波导腔和波导腔中的介质仓，带有载波的微波经介质的测试样品反射；这时微波发射波和反射波产生的驻波，再竖直移动波导腔内的可控数字游标，由可控数字游标上的4个光子晶体探针获取微波发射波和反射波产生的驻波的极大值和极小值，再经驻波比测量计算系统进而实时计算其海域油污染已知探测面元的单位油海水的体积比d，并与测量油污染面积m的乘积得出海域油污染的体积V。
其中：
4个光子晶体探针为抗氧化的、增益高的硅材料制成。
其中的元器件，如下部分元器件为天津维普泰克科技发展有限公司生产销售的型号产品：波源WP1801、耦合器WP2802、函数发生器5G8038、阻抗匹配器WP3801、衰减器WP3904；测量线WP4001、可控数字游标WP3802、抗氧化的和增益高的4个光子晶体探针WP101G。
本发明系统的操作方法：
通常驻波的测量是测量射频元件的参数手段，考虑到在一个有限的长度的媒质中，沿长度方向的传播的入射波和检测媒质(介质)的反射波肯定形成一个驻波，但是沿长度方向的传播的入射波和检测媒质(介质)的反射波振幅是很难完全相等的。在媒质的端点，与第二媒质交界处入射波的能流变成部分透入介质的透射波能流，所以反射波的能流比入射波为小，振幅也比入射波为小，这样形成的相向进行的、振幅不同的相干波的叠加，也定义为驻波。那末，在两个媒质的分界处究竟出现波节还是波腹，这就取决两种媒质的相关性质。可以证明的是，当波从波疏媒质传播到波密媒质而在分界处反射时，反射点将出现位移振幅的最小值，也就是出现了波节，要在分界处出现波节，必须入射波和反射波在分界处周相位相反，并在同一波形上，相距半个波长的两点相位相反，在反射时引起的周期相反(丌的突变)这种现象称为半波损失，通过实验发现不同的介质(待测介质)和含量(待测介质)对于入射波与反射波在波导腔形成半波损失不同，形成的驻波比ρ=EmaxEmin]]>不同，这是因为在波的传输线中(传输线长度等于1/4波长的两端)有：
ΔUoj=24z1-z2z1+z2=24Γ]]>
进一步，ρ=1+|Γ|1-|Γ|,]]>
因此本发明设计了合适的波导腔，将待测介质放到合适的位置构成的介质传感器，精细测量待测介质反射的驻波比，因待测介质和待测介质含量的反射波的半波损失不同，其驻波比存在着精细差异，这个精细差异通过多个光子晶体探头的设计和高精度的数字系统是完全可以区分开的，达到介质和介质含量检测的目的。驻波比测量原理作为一个介质传感器的本质为一个自相干测量，而相干检测较之时域的对于介质和介质的含量的检测是一个更为灵敏的检测。
其驻波比测量计算系统是由带有上述介质不同的介质(待测介质)和含量(待测介质)的计算方法的计算机中将计算出油污染含量，进而计算出探测面元的单位油海水的体积比d，并与测量油污染面积m的乘积得出海域油污染的体积V。系统控制器就是一般的控制器。
将上述原理作为一种新型的海域油污染容积的探测系统是本发明的重点。