本發(fā)明涉及海水的化學(xué)要素測量，尤其涉及一種船載便攜式水下絕緣油熒光探頭及測量方法。

背景技術(shù)：

1、電纜絕緣油是一種側(cè)鏈有10-13個(gè)碳原子的烷基苯分子的混合物，其中十二烷基苯的含量占50%以上。在高壓海底電纜的正常運(yùn)行中，絕緣油起到了關(guān)鍵的安全保護(hù)作用，這是因?yàn)榻^緣油的充入消除了電纜中形成的氣隙，從而提高了高壓電纜的工作場強(qiáng)，同時(shí)流體的絕緣油能釋放剛性電纜的應(yīng)力，提高電纜的抗壓、抗彎折能力，增強(qiáng)了電纜對(duì)海流的適應(yīng)性。為確保絕緣油的功能發(fā)揮正常，一般將其在電纜內(nèi)保持較高的壓力，使外界水分和空氣不能從電纜本體或附件進(jìn)入絕緣的內(nèi)部。但由于海底電纜屬于長期運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施，且不同于陸地電纜，無法對(duì)其進(jìn)行常規(guī)檢修，因此在長期運(yùn)行過程中會(huì)因?yàn)橹T如海流擾動(dòng)、生物附著腐蝕、海底物理碰撞摩擦等原因發(fā)生破損，此時(shí)電纜內(nèi)部的絕緣油由于高壓向外泄露，這種泄露可通過電纜沿線油壓表的表顯壓力變化表示，但無法精準(zhǔn)定位到泄露位置。高壓絕緣油的向外泄露雖然隔絕了海水向電纜內(nèi)部滲透，保護(hù)了電纜的安全性，但這種保護(hù)屬于應(yīng)急機(jī)制無法長期持續(xù)，并且泄露的絕緣油也會(huì)對(duì)周邊生態(tài)造成極大的破壞。因此一旦發(fā)生此類泄漏事故，需要盡快尋找漏點(diǎn)進(jìn)行檢修以維護(hù)電纜的安全運(yùn)行，同時(shí)也降低絕緣油對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的影響。

2、絕緣油泄漏和一般的溢油事故不同，泄漏量極小且發(fā)生在水體底層，不會(huì)在水面上形成大規(guī)模的油類聚集，無法通過遙感方法進(jìn)行探測感知，只能使用傳統(tǒng)的光學(xué)方法對(duì)水中溶解的極微量絕緣油進(jìn)行監(jiān)測。由于絕緣油具有獨(dú)特的單環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)，能夠?qū)ψ贤夤膺M(jìn)行特征吸收并向外釋放特定波長的熒光，這就從分子層面決定了紫外熒光法相對(duì)于紅外吸收、紫外吸收等方法在靈敏度和檢測限方面更具優(yōu)勢。目前已有的紫外熒光光譜儀可以針對(duì)極微量濃度的絕緣油溶液進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，但這種儀器不具有便攜性，需要將水樣帶回實(shí)驗(yàn)室才能檢測，大大增加了監(jiān)測的難度。除大型儀器外，小型油類熒光傳感器雖然具備便攜性優(yōu)勢，但這些傳感器多是針對(duì)傳統(tǒng)礦物油溢油事故開發(fā)的，且體積小型化也導(dǎo)致了探測器性能的降低，因此這類傳感器僅適用于高濃度礦物油泄漏檢測，對(duì)于低濃度絕緣油的探測能力較弱。此外，電纜絕緣油的泄露發(fā)生在水體底層，無法直接對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行精確定位，需要先確定大概泄露區(qū)域，再使用相應(yīng)的原位探測技術(shù)確定準(zhǔn)確泄露位置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種船載便攜式水下絕緣油熒光探頭及測量方法，解決了如何精準(zhǔn)檢測水下極微量濃度電纜絕緣油的泄露區(qū)域的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明第一方面提供的一種船載便攜式水下絕緣油熒光探頭，包括測試探頭和與所述測試探頭電連接的船載上位機(jī)；

3、所述測試探頭包括外殼，所述外殼內(nèi)從上至下依次設(shè)置有信號(hào)處理電路、光源調(diào)節(jié)電路、光學(xué)系統(tǒng)；

4、所述信號(hào)處理電路和光源調(diào)節(jié)電路均與所述光學(xué)系統(tǒng)連接；

5、所述光學(xué)系統(tǒng)包括光源發(fā)射組件、光源接收組件和樣品池或水樣；

6、所述外殼的底部設(shè)置有所述樣品池或水樣；

7、所述光源發(fā)射組件，用于將所述光源發(fā)出的光線經(jīng)平行、濾光、部分反射與透射、反射的過程，最終將特定波長紫外光傳輸至所述樣品池或水樣中，其中，部分反射與透射中的部分透射光線通過參考硅光電倍增管生成參考紫外光強(qiáng)度信息；

8、所述光源接收組件，用于將所述樣品池或水樣中發(fā)出的熒光經(jīng)過反射、聚焦、濾光、再次反射的過程，最終生成熒光強(qiáng)度信息；

9、所述光源調(diào)節(jié)電路，用于控制所述光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的所述光源輸出功率；

10、所述信號(hào)處理電路，用于將所述參考紫外光強(qiáng)度信息和所述熒光強(qiáng)度信息傳輸至所述船載上位機(jī)；

11、所述船載上位機(jī)，用于采用所述參考紫外光強(qiáng)度信息、所述熒光強(qiáng)度信息和預(yù)設(shè)測試標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行濃度運(yùn)算，生成目標(biāo)水域的絕緣油濃度。

12、可選地，所述船載上位機(jī)通過數(shù)據(jù)傳輸電纜與所述測試探頭電連接。

13、可選地，所述測試探頭還包括上蓋板和防水接線端子；

14、所述上蓋板設(shè)置于所述外殼的頂部；

15、所述上蓋板上設(shè)有防水接線端子；

16、所述防水接線端子與所述信號(hào)處理電路連接。

17、可選地，所述外殼和所述上蓋板均為鈦合金材質(zhì)。

18、可選地，所述光源發(fā)射組件設(shè)置在所述光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的一側(cè)；

19、所述光源發(fā)射組件包括由上至下依次為所述光源、傾斜放置的平行透鏡、與所述平行透鏡同軸放置的第一窄帶濾光片、傾斜放置的比例反射鏡、傾斜放置的第一反射鏡和平放的第一光學(xué)窗口；

20、所述光源設(shè)置于所述光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)側(cè)的頂端；

21、所述參考硅光電倍增管緊鄰所述比例反射鏡的出射面安裝。

22、可選地，所述光源接收組件設(shè)置在所述光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)與所述光源發(fā)射組件相對(duì)的一側(cè)；

23、所述光源接收組件包括由下至上依次為平放的第二光學(xué)窗口、傾斜放置的第二反射鏡、傾斜放置的聚焦透鏡、與所述聚焦透鏡同軸放置的第二窄帶濾光片、傾斜放置的第三反射鏡和硅光電倍增管；

24、所述硅光電倍增管設(shè)置于所述光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)側(cè)的頂端。

25、可選地，所述硅光電倍增管與所述光源相對(duì)安裝；

26、所述第一光學(xué)窗口、所述第二光學(xué)窗口安裝在所述外殼底部；

27、所述光源與所述光源調(diào)節(jié)電路連接；

28、所述參考硅光電倍增管、所述硅光電倍增管均與所述信號(hào)處理電路連接。

29、可選地，所述第一光學(xué)窗口和所述第二光學(xué)窗口均為藍(lán)寶石材質(zhì)；

30、所述平行透鏡、所述第一窄帶濾光片、所述比例反射鏡、所述第一反射鏡、所述第二反射鏡、所述聚焦透鏡、所述第二窄帶濾光片和所述第三反射鏡均為遠(yuǎn)紫外光學(xué)石英玻璃材質(zhì)。

31、可選地，所述光學(xué)系統(tǒng)按光經(jīng)過的路徑依次為所述光源、所述平行透鏡、所述第一窄帶濾光片、所述比例反射鏡、所述第一反射鏡、所述第一光學(xué)窗口、所述樣品池或水樣、所述第二光學(xué)窗口、所述第二反射鏡、所述聚焦透鏡、所述第二窄帶濾光片、所述第三反射鏡和所述硅光電倍增管。

32、本發(fā)明第二方面提供的一種應(yīng)用于所述的船載便攜式水下絕緣油熒光探頭的測量方法，包括：

33、響應(yīng)對(duì)目標(biāo)水域的絕緣油探測請(qǐng)求，通過光源調(diào)節(jié)電路控制光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光源輸出功率并發(fā)出光線；

34、通過光源發(fā)射組件將光源發(fā)出的光線經(jīng)平行、濾光、部分反射與透射、反射的過程，最終將特定波長紫外光傳輸至樣品池或水樣中，其中，部分反射與透射中的部分透射光線通過參考硅光電倍增管生成參考紫外光強(qiáng)度信息；

35、通過光源接收組件將樣品池或水樣中發(fā)出的熒光經(jīng)過反射、聚焦、濾光、再次反射的過程，最終生成熒光強(qiáng)度信息；

36、通過信號(hào)處理電路將參考紫外光強(qiáng)度信息和熒光強(qiáng)度信息傳輸至船載上位機(jī)；

37、通過船載上位機(jī)采用參考紫外光強(qiáng)度信息、熒光強(qiáng)度信息和預(yù)設(shè)測試標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行濃度運(yùn)算，生成目標(biāo)水域的絕緣油濃度。

38、從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

39、本發(fā)明提供了一種船載便攜式水下絕緣油熒光探頭及測量方法，包括測試探頭和與測試探頭電連接的船載上位機(jī)；測試探頭包括外殼，外殼內(nèi)從上至下依次設(shè)置有信號(hào)處理電路、光源調(diào)節(jié)電路、光學(xué)系統(tǒng)；信號(hào)處理電路和光源調(diào)節(jié)電路均與光學(xué)系統(tǒng)連接；光學(xué)系統(tǒng)包括光源發(fā)射組件、光源接收組件和樣品池或水樣；外殼的底部設(shè)置有樣品池或水樣；本發(fā)明使用船載式測試探頭，根據(jù)絕緣油溶液的紫外熒光效應(yīng)，用紫外光源作為測量系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)光源，光源發(fā)出的光經(jīng)一系列透鏡的平行、反射、透射進(jìn)入被測水樣，水樣吸收光源紫外光的能量發(fā)出熒光，這種熒光信號(hào)經(jīng)不同透鏡的反射、聚焦、濾光進(jìn)入檢測器硅光電倍增管后被進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，再經(jīng)電纜輸出到船載主機(jī)端進(jìn)行分析處理，最終得到水體緣油濃度數(shù)值，進(jìn)而精準(zhǔn)檢測水下極微量濃度電纜絕緣油的泄露區(qū)域，可以對(duì)后續(xù)精確泄露位置搜尋提供任務(wù)范圍，提高了漏點(diǎn)搜尋的效率。